Приложение 3.2;pdf

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ГИПЕРТЕРМИИ
А.В. Сувернев, Г.В. Иванов
ИНТЕНСИВНОЕ ТЕПЛОЛЕЧЕНИЕ
НОВОСИБИРСК
АКАДЕМИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГЕО»
2014
УДК 615.832.3
ББК 28.072
С891
Сувернев, А.В. Интенсивное теплолечение / А.В. Сувернев,
Г.В. Иванов ; Сибирский научно-исследовательский институт гипертермии. – Новосибирск : Академическое издательство «Гео»,
2014. – 105 с. – ISBN 978-5-906284-52-5 (в пер.).
В книге продолжено обоснование безопасности кратковременной
(пиковой) общей гипертермии высокого уровня (выше 43 °С) в отношении организма человека для терапевтического применения. Особое
значение в изучении обратимости теплового шока уделено трипсину
поджелудочной железы как неспецифической поливалентной протеиназе с многосторонним патологическим влиянием на живые белки,
клетки, ткани и органы. Описана методика, приведены примеры и некоторые результаты применения интенсивного теплового лечения у
человека. Намечены пути селективного повреждения патологических
биоструктур с помощью комбинированного дефолдинга с последующим искусственным гиперпротеолизом.
Для биологов и врачей.
ISBN 978-5-906284-52-5
© Сувернев А.В., Иванов Г.В., 2014
© Оформление. Академическое
изд-во «Гео», 2014
В саду сжигают опавшие листья, в городах
сжигают мусор; гипертермические ванны
сжигают органическую пыль, они подметают соединительные пути – капилляры – и
чистят внеклеточные и интерстициальные
жидкости.
В этом тайна универсальной широты воздействия гипертермических ванн.
А.С. Залманов
ПРЕДИСЛОВИЕ
Многочисленные яды растительного и животного происхождения, естественные и синтезированные, антибиотики и противоопухолевые препараты являются химическими, повреждающими живые структуры факторами. Проникающая радиация, ультразвук,
электромагнитное излучение, магнитное поле, температура и др. –
суть физические факторы повреждения. Это известно всем и не
вызывает удивления. Удивительно другое. Например, никогда бы
антибиотики не использовались в медицине, если бы они одинаково губительно действовали на бактерии, с одной стороны, и клетки
печени, почек, сердца, с другой. Или если бы противоопухолевые
препараты одинаково эффективно поражали и раковую, и здоровую
клетку. Это же относится ко всем другим поражающим факторам – и химическим, и физическим. В чем тут дело? Оказалось,
что, помимо всего прочего, чувствительность живых биоструктур к
повреждению находится в прямой зависимости от скорости их воспроизводства. Именно вследствие различной устойчивости «собственных» структур организма и «приобретенных» и «новообразованных» появилась возможность применения в терапевтических
целях различных методик и препаратов.
Позволим себе, вслед за В.Я. Александровым [1975], утверждавшим, что «…макромолекулы белка для осуществления присущих им функций должны совершать конфигурационные переходы,
причем для того, чтобы макромолекула белка могла осуществить
конфигурационный переход, полипептидная цепь должна обладать
определенной степенью подвижности (гибкости), что определяется
внутримолекулярными силами, стабилизирующими структуру высших уровней организации макромолекул…», предположить, что мак-
3
ромолекулы быстро делящихся и быстро воспроизводящихся биоструктур обладают большей степенью подвижности (гибкости) и,
соответственно, менее стабильны. В свою очередь меньшая стабильность снижает устойчивость к повреждению.
Эти рассуждения и гипотезы и явились основой для изучения
влияния высокой температуры на термонетолерантные биоструктуры.
4
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
1.1. Тепло и живые структуры
Метаболизм в клетках, тканях, органах и организме зависит от
температуры. У гомойотермных температура является одной из основных констант, обеспечивающих функциональную активность и
нормальную жизнедеятельность клетки и организма в целом.
Хорошо известно, что биологические системы, особенно живые клетки, более чувствительны к изменениям температуры, чем
большинство химических процессов в небиологических системах,
и это является отражением свойств ферментов, от действия которых зависит функционирование биологических систем [Диксон,
Уэбб, 1961]. Более того, чувствительность клетки к внешним воздействиям связана не только с чувствительностью самих ферментов, но и с чувствительностью тех протоплазменных структур, на
которых они смонтированы [Опарин, 1961].
Любое отклонение от температурной константы обязательно
вызывает изменение скорости обменных процессов, как в физиологических параметрах, так и за их пределами, приводя к патологии. Благодаря механизмам теплорегуляции организм теплокровного должен и будет «…бороться за температурный оптимум до
конца» [Риккер, 1987].
За «первичной теплоустойчивостью клеток» скрывается чувствительность белковых макромолекул к конформационным изменениям в стереохимии [Александров, 1975]. Конформационная гибкость белковых молекул является ключевой чертой метаболизма
[Koshland, 1964], и эта «гибкость» напрямую определяет теплоустойчивость клеток, органов и всего организма. Выдающийся ученый ХХ века Владимир Яковлевич Александров в 1975 г. сформулировал принцип динамичной стабильности/лабильности основных
молекулярных клеточных компонентов: белков, нуклеиновых кислот и липидов. Он полагал, что речь идет о поддержании в промежуточном состоянии стабильности конструкций, связанных
многочисленными слабыми связями. В отношении белков и нуклеиновых кислот – это поддержание вторичной, третичной и четвертичной структуры макромолекул в состоянии не слишком высокой и не слишком низкой конформационной гибкости. В отношении липидов – это поддержание остатков жирных кислот в
5
состоянии не слишком твердом и не слишком жидком. По его мнению, состояние некоторой нестабильности необходимо для нормального выполнения этими компонентами возложенных на них
функций, а также для регуляции их работы.
На многих белках показано, что при функционировании происходят изменения конформации макромолекул. То же происходит с нуклеиновыми кислотами при репликации, транскрипции и
трансляции. От степени «разжиженности» жирнокислотных остатков липидов зависит работа мембранных ферментов. Уровень стабильности всех трех компонентов температурно зависим. Повышение температуры за пределы оптимума приводит к избыточному
возрастанию лабильности, снижение температуры – к избыточной
стабилизации. Значительное отклонение от установленного эволюцией уровня стабильности компонентов клетки должно приводить
к нарушению ее жизнедеятельности [Александров, 1975]. Связь
высокой чувствительности к действию различных повреждающих
факторов с интенсивностью обмена веществ живого объекта многократно устанавливалась в различных разделах биологии. Эта идея
получила наиболее полное развитие в классических трудах Чайльда
в первой половине прошлого века. На большом числе примеров из
животного и растительного мира он показал, что у многих организмов, у различных тканей и клеток имеется прямая зависимость
между чувствительностью к повреждению и интенсивностью обмена. Например, снижение повреждаемости сопровождает снижение
метаболизма.
Таким образом, было установлено, что общее повышение стабильности протоплазматических белков снижает темп клеточного
метаболизма, а повышение их конформационной лабильности ускоряет метаболические процессы.
Очень вероятно, что с этими обстоятельствами связана более
высокая термолабильность белков у быстро растущих клеток и тканей, а высокая стабильность протоплазматических белков обусловливает состояние покоя клеток и повышает их теплоустойчивость.
Для нас важно, что высокий метаболизм злокачественных клеток, а также макромолекулярные структуры быстро размножающихся вирусов и бактерий сопряжены с низкой термотолерантностью этих объектов.
Ученые из Калифорнийского университета были первыми, кто
определил механические свойства живых раковых клеток, взятых
непосредственно у больного [Bourzac, 2007].
6
Проверка раковых клеток на «прочность» выявила, что «злые»,
активные раковые клетки на 70 % менее устойчивы к внешним
воздействиям. К тому же они непрочно соединены друг с другом,
легко разъединяются и распространяются (метастазируют), в отличие от незлокачественных нормальных здоровых клеток.
Учитывая различную теплоустойчивость различных биомакромолекулярных соединений, можно предположить, что в одном и том же
температурном диапазоне – у человека, например, при температуре
42,5–43,5 °С, степень денатурации термотолерантных и термонетолерантных структур может оказаться различной. На схеме это предположение выглядит следующим образом (рис. 1).
По нашим представлениям, сложившимся за долгое время,
все, что привнесено в организм или новообразовано, все, что быстро делится, воспроизводится, размножается, реплицируется, обладает большей энтропией и меньшей устойчивостью к повреждающим факторам.
Вероятно, что и возбужденные макромолекулярные структуры
этих быстро воспроизводящихся образований быстро «собираются», строятся «в спешке». Они более лабильны, менее энергетически стабильны, с большей энтропией, более активны и могут быть
более чувствительны к повреждающим факторам, действующим
экстремально и запредельно.
Раковая клетка как любая диссипативная система взаимодействует с окружающим миром через поток энтропии. По сравнению
Рис. 1. Степень денатурации различных биоструктур при температуре
тела 42,5–43,5 °С.
7
с нормальной клеткой она более неравновесна, неустойчива, т. е.
легко может переходить из более сбалансированного состояния к
менее сбалансированному. Вместе с тем ее поведению как системе
свойственна стохастичность, непредсказуемость. Последняя зависит от того, что развитие каждого из внутрисистемных процессов
проходит через критические точки, в которых осуществляется выбор дальнейшего пути, – так называемые точки бифуркации. Одномоментное сочетание множества бифуркаций в развитии внутренних процессов приводит систему в целом к «флуктуациям», от
исхода которых зависит направленность дальнейшей ее динамики
с нередко судьбоносным для системы значением. Она становится
особенно уязвимой по отношению к любым, даже минимальным,
внешним воздействиям, эффект которых может оказаться непредсказуемым (И. Пригожин).
В период флуктуации система находится в особо неустойчивом, разбалансированном состоянии. Роль решающего фактора
здесь продолжает играть энтропия. При этом для энтропии постоянно преобладающей тенденцией является тенденция к снижению,
приближению к нулевому значению. Снижение энтропии может
происходить или в результате возрастания упорядоченности диссипативной системы (раковая клетка перестает делиться и опухолевый процесс стабилизируется), когда снижается доля энергии, непроизводительно теряемой во внешнюю среду, или же, напротив, в
случае снижения упорядоченности системы, вплоть до ее гибели с
переходом к абсолютному физическому хаосу (апоптоз для раковой
клетки).
Таким образом, лишь распад, гибель системы, переход ее элементарных инфраструктур в хаотическое состояние разрушает ее
связь с внешним миром. Однако суть одного из главных положений теории диссипативных систем состоит в том, что даже после
перехода в хаотическое состояние элементарные структуры уже
бывшей, распавшейся системы подчиняются общим естественным
закономерностям, действующим в пределах биосферы. Они попадают в среду внутренних процессов другой, более общей, более глобальной системы (в нашем случае продукты распада раковой клетки
всасываются в кровь).
Это и лежит в основе лечебного применения как химических,
так и физических повреждающих факторов и, в частности, позволяет намечать области практического применения искусственного
теплолечения.
8
1.2. Денатурация
Физические измерения показывают, что большинство ферментов представляют собой глобулярные белки. Форма их молекул
близка к сферической, причем пептидные цепи в нативных белках
обычно свернуты в спираль (вторичная структура Эйринга). При
сворачивании в спираль отдельные витки удерживаются водородными связями, согласно известной модели альфа-спирали Полинга
и Кори. Далее свернутые спиралью пептидные цепи упаковываются «бок о бок», несколькими цепями. Эта (третичная) структура
поддерживается связями трех типов – ионными, водородными и
дисульфидными, а также гидрофобными взаимодействиями. Именно при повреждении третичной структуры при денативации (денатурации) обычно утрачивается и функция белка. Таким образом,
под денатурацией подразумевают повреждение или изменение стереохимической трехмерной конформации, присущей любой белковой молекуле. Эти изменения могут носить обратимый (временный) или необратимый (постоянный) характер, но и в том и в
другом случае аминокислотная последовательность белка остается
неизменной. Дальнейшее разрушение возможно только через реакции протеолиза, при этом протеиназы разрывают пептидные связи
в полипептидной цепи.
При денатурации молекула белка «развертывается» и теряет
способность выполнять свою биологическую функцию.
Денатурирующими агентами могут быть химические факторы:
кислоты, щелочи, легко гидратирующие соли, органические растворители, различные окислители. К физическим факторам могут
быть отнесены: действие высокого давления, многократное замораживание и оттаивание, ультразвуковые волны, УФ-лучи, ионизирующая радиация. Но наиболее распространенным физическим
фактором денатурации белка является повышение температуры.
Кинетическая энергия, сообщаемая белковой молекуле, вызывает
сильную вибрацию атомов, вследствие чего слабые водородные,
ионные связи разрываются.
Конформация белковой молекулы формируется при участии
слабых типов связей, поэтому она является подвижной и белок может изменять свою структуру. В зависимости от условий внешней
среды молекула может существовать в разных конформационных
состояниях, которые легко переходят друг в друга. Энергетически
выгодными для реальных условий являются только одно или несколько конформационных состояний, между которыми существу-
9
ет равновесие. Переходы из одного конформационного состояния
в другое обеспечивают функционирование белковой молекулы.
При изменении конформации часть слабых связей разрушается и
образуются новые связи слабого типа.
Конфигурационная подвижность макромолекулы зависит от
температуры. Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию. Часть белков подвергается денатурации уже при 40–50 °С. Такие белки называют термолабильными (термонетолерантными). Другие белки денатурируют при
гораздо более высоких температурах, они являются термостабильными (термотолерантными).
1.3. Обратимость денатурации
При денатурации возможны различные степени возникающих
нарушений строения белковой молекулы. Относительно мягкие
денатурирующие агенты, например растворы мочевины, приводят
лишь к некоторым изменениям в третичной структуре белковой
глобулы. Нарушение ферментативной активности при подобной
денатурации может явиться следствием пространственного разобщения функциональных групп белковой молекулы, принимающих
участие в формировании активного центра фермента. Обычно этот
вид денатурации допускает восстановление первоначальной структуры белковой глобулы и после ренатурации – возобновление ферментативной активности.
Таким образом, денатурация, при которой нативные белковые
молекулы переходят в лишенную биологической активности форму беспорядочно свернуто-развернутого клубка, не является необратимым процессом.
Известно много примеров, когда в химической пробирке развернутые молекулы приобретают свою первоначальную форму в результате процесса, называемого ренатурацией, ренативацией, фолдингом, повторным свертыванием или отжигом (А. Ленинджер).
Более того, если денатурированный белок является ферментом, то
в процессе ренатурации его каталитическая активность также может восстановиться, и притом без изменения специфичности катализируемой реакции. Таким образом, при ренатурации денатурированного белка восстанавливается его исходная специфическая
биологическая активность. Для ренатурации денатурированного
белка не требуется дополнительной химической энергии извне.
Этот процесс происходит самопроизвольно, лишь бы окружающая
10
рН и температура были оптимальны, т. е. максимально обеспечивали стабильность нативной формы.
Денатурация многих белков кажется необратимой просто потому,
что возвращение к нативному состоянию происходит во многих случаях очень медленно. Причиной стремления восстановить нативную
конформацию белковой молекулы является то, что эта форма в
биологических условиях наиболее энергетически стабильна, т. е.
обладает наименьшей свободной энергией.
1.4. Стабильность структуры белка
и устойчивость к повреждению
В организме человека 31 200 различных белков и среди них
9000 ферментов. Это макромолекулы, молекулярная масса которых колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов
дальтон.
Каждому белку свойственна своя стереохимическая конформация, определяющая, с одной стороны, специфическую функцию, а
с другой – «индивидуальную» стабильность в отношении агрессии
факторов внешней среды.
Убедительно показано, что альфа-спираль представляет собой
относительно стабильную структуру, если R-группы полипептидной цепи не заряжены, имеют сравнительно небольшие размеры и
не образуют водородные связи. Однако не все альфа-спиральные
участки в белках обладают совершенно одинаковыми параметрами
и характеризуются одинаковой стабильностью, что следует объяснять различиями в аминокислотном составе и в последовательности чередования аминокислотных остатков. Для альфа-спиральных
участков в белках характерно наличие локальных неустойчивых точек, в которых спираль должна обладать способностью изгибаться
под действием других сил, в особенности под влиянием стремления всей полипептидной цепи принимать такую конформацию,
при которой гидрофобные R-группы максимально защищены от
соприкосновения с водой. Таким образом, характерная для данной
полипептидной цепи третичная структура в водной среде определяется, с одной стороны, влиянием водородных связей (внутри- и
межцепочечных), а с другой – стремлением всей цепи изгибаться в
точках, где стабильность альфа-спирали нарушена, и принимать
такую конфигурацию, при которой молекулы воды могли бы находиться в условиях, обеспечивающих максимальное значение энтропии системы (А. Ленинджер). Если в белке содержатся дисуль-
11
фидные мостики, то их число и расположение также являются
очень важными факторами, поддерживающими характерную третичную структуру белка.
Белки обладают максимальной стабильностью при определенной, оптимальной для каждого из них температуре. Большинство
белков наиболее стабильно при температурах, поддерживаемых в
холодильниках. Температура их нормального функционирования
гораздо выше. В связи с тем, что температурный максимум стабильности большинства белков лежит значительно ниже температуры их
жизненного оптимума, любое повышение температуры относительно
максимума стабильности должно снижать стабильность структуры
белковых молекул. Действительно, при температурах, превышающих 40–50 °С, почти все белки утрачивают стабильность и начинается «развертывание» полипептидных цепей. Чем выше температура и больше ее экспозиция, тем более беспорядочной становится
конфигурация развернувшейся глобулы белка.
1.5. Возможности ренатурации
Если подвергнуть белок денатурации путем нагревания, т. е.
«развернуть» его полипептидную(ные) цепь(и), а затем быстро охладить его, то исходная третичная структура обычно не восстанавливается. Однако если нагретый раствор белка подвергнуть отжигу – очень медленному охлаждению до комнатной температуры, то
нативная конфигурация белка часто восстанавливается.
В процессе отжига (ренатурации, ренативации) восстанавливается и каталитическая активность ферментов, инактивированных
нагреванием. Длительный период, в течение которого происходит
восстановление исходной структуры белка, необходим для того,
чтобы дать возможность полипептидной цепи «перепробовать»
многие возможные конформации, прежде чем будет найдена («путем проб и ошибок») наиболее стабильная (энергетически выгодная) из них. По мере того как каждый последующий аминокислотный остаток находит конформацию, соответствующую минимальной свободной энергии, стабильность уже свернувшейся части
цепи и скорость ренатурации возрастают. Такое повышение стабильности и скорости ренатурации является результатом многих
последовательных кооперативных взаимодействий.
Правильное сворачивание (фолдинг) полипептидных цепей
некоторых белков в клетках эукариот обеспечивается специфическими белками, называемыми шаперонами, которые необходимы
для эффективного формирования третичной структуры полипеп-
12
тидных цепей других белков, но не входят в состав конечной белковой структуры. Новосинтезированные белки после выхода с рибосом для правильного функционирования должны укладываться
в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протяжении всей функциональной жизни клетки. Таким образом,
поддержание контроля качества структуры белка осуществляется
«специальными» белками, катализирующими укладку полипептидов. Кроме укладки молекул шапероны способны «ремонтировать» неправильно скомпактизованные белки, если их структура
под влиянием каких-то внешних воздействий будет повреждена
(Г.А. Яровая).
Гидрофобные области образуются на внешней поверхности
молекул белков, формируя полости активных центров и места контактов субъединиц мультимерных белков друг с другом и биологическими мембранами. Увеличение гидрофобности поверхности
белков снижает их внутриклеточную стабильность, так как множество протеолитических ферментов с большой скоростью гидролизуют пептидные связи, образуемые гидрофобными аминокислотами или находящиеся вблизи от них.
С другой стороны, в организме (in vivo) внутриклеточно возможна быстрая ренатурация. Это также связано с выработкой в
живом организме специфических белков, которые «узнают» исходную структуру денатурированного белка, присоединяются к нему с
помощью слабых типов связи и создают оптимальные условия для
ренативации. Такие специфические белки, известные как «белки
теплового шока» или «белки стресса», есть во всех клетках организма. Они выполняют также функцию транспорта полипептидных цепей через биологические мембраны и участвуют в формировании третичной и четвертичной структур белковых молекул. Эти
функции белков стресса называются шаперонными. При различных
видах стресса (перегрев организма до 40–44 °С, вирусные инвазии,
отравления и др.) происходит индукция синтеза таких белков.
Шаперонную активность обычно связывают с защитной функцией Hsp70. To, что шаперон спасает клетки от огромного числа
факторов, в том числе вызывающих апоптоз, было подтверждено в
многочисленных опытах in vitro и in vivo с использованием широкого спектра модельных организмов, находящихся на разных ступенях эволюции.
Среди субстратов специфического протеолиза – регуляторы
клеточного цикла, компоненты различных сигнальных путей, а
также мутантные и поврежденные белки.
13
Деградация белка по убиквитиновому пути включает ковалентное присоединение к подлежащему деградации белку полиубиквитиновой цепи и деградацию белка 26S протеасомой. Белки
класса Е3 представляют собой убиквитин-лигазы, способные специфически связываться с подлежащими деградации белковыми
субстратами, напрямую или посредством вспомогательного белка.
Е3 «узнают» определенный мотив в составе субстрата, называемый
дегроном, который на уровне Е3 обеспечивает специфичность протеолиза. В связи с тем, что специфическому протеолизу подвергается огромное количество белков, вариантов Е3 в клетке особенно
много. Присутствие мотива, узнаваемого Е3, – дегрона в структуре
белка – говорит о том, что при его презентации этот белок обязан
деградировать. Обычно дегрон бывает спрятан соответствующей
нативной структурой [Яровая, 2003]. Таким образом, если белок
правильно свернут и функционально востребован, дегрон будет
пространственно недоступен, Е3 не сможет с ним связаться и деградация не произойдет. Возможно, при температурном разворачивании белка дегрон может стать доступным, что приведет к деградации макромолекулы.
Большинство внутриклеточных белков заканчивают существование в результате протеолитического гидролиза, превращаясь в
небольшие пептиды и свободные аминокислоты, которые могут
использоваться в синтезе новых белков.
Многие протеолитические ферменты используют в качестве
субстратов индивидуальные белки. Система протеолитической деградации внутриклеточных белков с участием протеасом и убиквитина, обладая широкой субстратной специфичностью, безопасна
для нативных белков и реагирует на регуляторные и стрессорные
воздействия. В то же время имеется множество протеиназ широкой
субстратной специфичности, чья «неразборчивость» в субстратах приводит к гидролизу любых белков после их презентации. Наиболее ярким представителем этой «неразборчивости» является трипсин.
1.6. Значение сериновых протеиназ трипсиназного типа
за пределами клетки
Для различных белков сыворотки крови устойчивость к денатурации и скорость ренатурации различны. Для некоторых белков,
например для трипсина, характерна способность к быстрой ренатурации после нагревания (А. Ленинджер). Подобно растянутой
пружине или «застежке-молнии», эти белки мгновенно возвращают
14
свою нативную конформацию. Их аминокислотная последовательность такова, что цепь легко может найти положение, соответствующее минимальной свободной энергии.
Свойство ферментов, состоящих из одной полипептидной цепи
(пепсин, трипсин, папаин, карбоксипептидаза, лизоцим, амилаза, рибонуклеаза), быстро восстанавливать свою ферментативную активность представляет не только академический интерес, но, благодаря
их гидролитической функции, имеет большое общепатологическое
значение. Например, если подвергнуть нагреванию смешанный раствор
сывороточного альбумина и трипсина, то после нормализации температуры альбумин еще долгое время (часы) будет в «развернутом» состоянии, а трипсин, быстро (в течение минут) восстановив свою
протеолитическую активность, неуправляемо и произвольно «нарежет» из разобщенных полипептидных цепей альбумина олигопептиды
различной средней молекулярной массы. Между тем известно, что
среднемолекулярные олигопептиды весьма токсичны для организма и
составляют существо таких понятий, как эндотоксикоз и эндотоксемия. Вот почему борьба с последствиями теплового шока при злокачественной гипертермии составляет труднейшую проблему патофизиологии и реаниматологии.
1.7. Некоторые частные аспекты действия гипертермии
Гипертермия не является новым методом лечения. Тепло использовалось для лечения заболеваний на протяжении многих веков. В Индии за 3000 лет до н. э. система Аюрведы предполагала
месячный курс с использованием диеты, слабительных и согревания тела с помощью паровых ванн. Примерно 3200 лет спустя, во
втором веке н. э., Руфус из Эфеса отмечал, что появление лихорадки способствует разрешению многих заболеваний. Более того, он
заявлял: «…Я думаю, невозможно найти лекарство, которое обладало бы большей силой, чем лихорадка… и если бы нашелся такой
врач, который был бы достаточно искусным, чтобы вызывать лихорадку, то не было бы нужды искать другие лекарства против болезней…»
Методы теплового воздействия хорошо известны и применяются веками у тысяч людей тысячами врачей, поэтому такое лечение не представляет никакой этической проблемы, равно как и не
может идти речи о новом способе лечения или новой технологии,
никогда ранее не применявшейся на людях.
Гипертермия рассматривается многими исследователями как
один из перспективных методов профилактики и терапии ряда за-
15
болеваний. Однако пребывание организма в условиях теплового
воздействия может приводить к метаболическим и функциональным изменениям.
Повышение температуры различных органов и тканей (температурный фактор) непосредственно воздействует на их структуру
и обмен веществ в них, на их функцию, на структуру отдельных
клеток и макромолекул [Александров, 1975]. В патогенезе гипертермии существенное значение имеет изменение структуры и
функции белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также скорости
ферментативных реакций. Установлено, что высокая температура в
основном влияет на структурную организацию молекул белков, а
именно на «слабые» химические связи – водородные, ионные связи, силы Ван-дер-Ваальса, гидрофобные взаимодействия. Физикохимическое состояние липидов также в полной мере зависит от
температуры окружающей среды. Для каждого вида липида характерна определенная точка плавления, зависящая главным образом
от его жирнокислотного состава. Изменение фазового состояния
липидов (от твердого к жидкому и наоборот) происходит в определенном диапазоне температур [Ленинджер, 1985].
Текучесть мембран прежде всего зависит от состава жирных
кислот и содержания холестерина. В мембранном бислое цепи жирных кислот молекулы липидов могут находиться в строго упорядоченном (жестком) либо относительно дезорганизованном (жидком)
состоянии. Переход от твердого к жидкому состоянию происходит
при повышении температуры выше точки плавления (Bretcher,
Raff, 1975).
Важным регулятором текучести мембран является холестерин.
Находясь между отдельными цепями, холестерин препятствует их
кристаллизации. В сущности, из-за этого может исчезать фазовый
переход. В то же время холестерин блокирует сильное перемещение ацильных цепей и тем самым снижает текучесть мембран. Благодаря этим эффектам текучесть мембран поддерживается на каком-то среднем уровне. Повышение температуры ведет к увеличению текучести липидов в мембране. При понижении вязкости
возрастает латеральное давление липидов, так как площадь мембранного каркаса фиксирована, а липиды стремятся занять больший объем. Последнее обстоятельство способствует повышению
температуры фазового перехода. Рост давления в липидном бислое
защищает нормальные клетки от слишком больших колебаний
вязкости липидов. При физиологической температуре липиды в
мембране находятся в основном в жидком состоянии, но встреча-
16
ются и гелеобразные островки (Cullins, Kruijff, 1979; MassicotteNolan, 1981).
Отдельные функции мембран обеспечиваются специфическими белками (Singer S.J., Nicolson G.L., 1972). Они выполняют роль
насосов, каналов, рецепторов и преобразователей энергии. Белки
мембран встроены в липидный бислой, который следует рассматривать как оптимальную среду для проявления их активности
(Glynn I.M., Karlish S.J.D., 1975).
Исходя из изложенного, можно предполагать, что изменение
температуры среды, способное вызывать изменение физико-химического состояния липидов, неминуемо отразится на структуре и
функциях клеточных мембран и приведет к дезорганизации функций клетки и в конечном итоге к ее гибели (Волков Е.И., Полежаев А.А., 1983; Bowler K., 1981; Lepock J.R., 1982).
Нарушение структуры мембран при действии температурного
фактора может быть связано не только с изменением физико-химического состояния липидов, но и с усилением их перекисного
окисления, которое, влияя на структуру клеточных мембран, действует на многие внутриклеточные процессы (Владимиров Ю.А.,
Арчаков А.И., 1972).
Перекисное окисление липидов (ПОЛ) – универсальный физиологический механизм, активирующийся при различных стрессовых ситуациях. Незначительная часть кислорода, поступающего
из воздуха в организм, превращается в активные формы – свободные радикалы, обладающие высокой химической активностью,
вызывающие окисление белков, липидов, нуклеиновых кислот. Чаще всего окислению подвергается липидный слой биологических
мембран. Практически любая стрессовая ситуация протекает в условиях повышенного потребления кислорода, а пересыщение организма (или отдельных органов и тканей) кислородом способствует
появлению свободных радикалов и интенсификации перекисных
процессов. ПОЛ – сложный многостадийный цепной процесс
окисления кислородом липидных субстратов, главным образом полиненасыщенных жирных кислот, включающий стадии взаимодействия липидов со свободнорадикальными соединениями и образования свободных радикалов липидной природы.
Перекисное окисление фосфолипидов биологических мембран
играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Усиление процессов ПОЛ имеет существенное значение в этиологии и
патогенезе многих заболеваний и развитии последствий различных
экстремальных воздействий. Перекисное окисление является част-
17
ным случаем жидкофазного окисления углеводородов и представляет собой типичный цепной процесс с выраженным разветвлением. ПОЛ может включать стадии неферментативного аутоокисления
и ферментативные реакции. Ферментативный и неферментативный пути ПОЛ приводят к образованию свободных радикалов липидов в несколько основных этапов: инициирование–зарождение
цепи–продолжение цепи–разветвление цепи–обрыв цепи. В инициировании процесса решающую роль играют так называемые активные формы кислорода, в первую очередь кислородные радикалы, содержащие неспаренные электроны.
Образующиеся липидные перекиси способствуют нарушению
целостности мембран, разобщению окислительного фосфорилирования вследствие повышения проницаемости мембран для ионов
водорода, денатурации белков. Ингибируя многие ферменты, они
вызывают деградацию и лизис субклеточных частиц, гибель клеток
и появление очагов некроза в тканях, накопление биологически
инертных полимеров.
Появление перекисных полярных групп в липидах может приводить к изменению силы гидрофобных взаимодействий и оказывает существенное влияние на липид-белковые взаимоотношения.
Незначительное изменение концентрации свободных радикалов
может вызывать заметное нарушение структуры и функции клеточных мембран. По данным А.П. Шепелева (1976), перегревание
организма сопровождается повышением в тканях уровня конъюгированных диенов и гидроперекисей, причем некоторое увеличение
содержания указанных соединений в мозге, печени, легких, скелетных мышцах отмечено автором уже на 2–3-й минуте от начала
перегревания; при развитии теплового удара количество гидроперекисей в тканях повышалось в 8–10 раз.
Содержание одного из постоянных продуктов перекисного
окисления липидов – малонового диальдегида – достоверно увеличивалось на фоне хронической гипертермии (Мелихов О.Г.,
1989).
Резкая интенсификация перекисного окисления в агональном
периоде могла быть обусловлена не только прогрессивным снижением концентрации липидных антиоксидантов, но и изменением
конформации клеточных мембран вследствие температурных переходов в липопротеидных мембранных комплексах (Шепелев А.П.,
1976).
Стабилизация структуры мембран является одним из факторов, лимитирующих скорость свободнорадикального окисления
18
липидов. При повышении температуры тела до 40 °С в клеточных
мембранах наблюдается вспышка хемолюминесценции, свидетельствующая о резком усилении свободнорадикальных реакций и распаде липопротеидных комплексов биологических мембран (Тарусов, 1972; Тарусов, Веселовский, 1978).
Токсическое действие липидных перекисей проявляется главным образом не в момент действия высокой внешней температуры, которое в ряде случаев бывает весьма кратковременным, а в
более позднем периоде, как результат предшествующей высокой
гипертермии, которая является пусковой в цепи происходящих в
организме изменений (Козлов, Забросаева, Лейтман, 1980).
Таким образом, в условиях гипертермии необходимо учитывать в
основном два фактора: возможность температурных фазовых переходов белков и усиление перекисного окисления липидов.
Одновременно с активацией ПОЛ идет процесс активации антиоксидантной (АО) защиты. Эта система (ПОЛ–АО) постоянно
находится в состоянии равновесия. Однако в стрессовых ситуациях, при действии стрессорного фактора значительной интенсивности, система АО защиты истощается, что может потребовать ее
экзогенной активации. Применение больших доз природного антиоксиданта, каковым является витамин Е, позволяет восстановить
равновесие в системе ПОЛ–АО.
Снижение эффективности антиоксидантной защиты приводит
к активации свободнорадикальных процессов. Выявляются изменения в насыщенности тканей витаминами, кофакторами, микроэлементами. Истощение ресурсов наблюдается и во многих других
метаболических системах организма. В частности, изменяется уровень восстановленного глутатиона и гистидина в различных органах и тканях. В условиях высокой температуры показатель гистидина в плазме крови заметно возрастает, что свидетельствует о
наличии в стадии компенсации гипертермии резервов данного субстрата и их целенаправленной мобилизации в функциональные
системы срочной и долговременной адаптации организма.
19
Глава 2
КОНТАКТНЫЙ ИММЕРСИОННО-КОНВЕКЦИОННЫЙ
МЕТОД ОБЩЕЙ ИСКУССТВЕННОЙ ПИКОВОЙ
ГИПЕРТЕРМИИ В КЛИНИКЕ.
ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ
2.1. Термодинамические основы метода*
Из всех существующих на сегодня способов (контактных,
электромагнитных – высокочасточным излучением, экстракорпоральных) быстро повысить температуру тела человека можно только с помощью контакта всей кожи с горячей (45 °С) водой (теплопроводность воды в 20 раз выше теплопроводности воздуха).
Важнейшей функцией кровотока кожи является участие в механизмах терморегуляции. При тепловом стрессе величина общего
кровотока в коже может значительно возрасти. Увеличение кожного кровотока в условиях высокой внешней температуры связано с
открытием множества капилляров. Благодаря высокой теплопроводности кожи этот механизм служит чрезвычайно эффективным
способом передачи тепла через кожу.
Разные участки кожи неодинаково воспринимают одно и то
же раздражение. Считается, что на одном квадратном сантиметре
кожи находится 100–200 болевых точек, 12–15 холодовых, 1–2 тепловых и около 25 точек давления. Большинство кожных рецепторов по своей функции поливалентно. Под влиянием различных
факторов окружающей среды количество функционирующих чувствительных рецепторов может изменяться. Развивается адаптация,
особенно к температурным раздражениям.
При капилляроскопии ногтевого ложа наблюдаются капиллярные петли (от 20 до 65 на 1 мм2), которые состоят из артериального,
венозного и переходного отделов. У молодых здоровых людей диаметр артериального отдела капилляра составляет 6,36 ± 0,28 мкм,
венозного – 8,66 ± 0,21 мкм и переходного – 9,65 ± 0,42 мкм. По
данным, приводимым Болинжером и Фагрелом (1990), количество
видимых капилляров составляет 10–30 на 1 мм2, диаметр артериального отдела – 11 ± 3 мкм (от 6 до 19 мкм), а венозного – 12 ±
± 3 мкм (от 8 до 44 мкм).
* Автор раздела – Новожилов С.Ю., канд. физ.-мат. наук.
20
Благодаря большой мощности и емкости подсосочкового венозного сплетения (около 1500 мл), изменение тонуса кожных вен
может сопровождаться значительными сдвигами объема крови в
сосудах кожи.
Площадь поверхности тела человека равна 1,5–2 м2 (в зависимости от роста, пола, возраста). Кожа состоит из эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки – гиподермы. Кожа богата различными
воспринимающими нервными окончаниями. В ней находятся многочисленные вегетативные нервные волокна, иннервирующие кровеносные сосуды, гладкие мышцы и железы.
Существенным фактором, влияющим на процессы теплопереноса, являются вазомоторные (сосудодвигательные) реакции кожи.
При максимально выраженном сужении микрососудистого русла
кожи теплопередача может снизиться на 70 %, при максимальном
расширении – возрасти на 90 %.
Как искусственно повысить температуру тела человека, причем
максимально быстро?
Из термодинамики известно, что для быстрого нагрева необходимо, с одной стороны, обеспечить интенсивный подвод тепла к
телу, а с другой – уменьшить тепловые потери в окружающее пространство. Поскольку человек – животное теплокровное и в его
организме тепло вырабатывается непрерывно за счет химических
реакций, то соответственно имеются механизмы сброса излишков
в окружающую среду.
Естественно, практически весь теплообмен с окружающей средой происходит через кожу. Важнейшую роль в этом процессе играет кожный кровоток. Участие в механизмах терморегуляции это
одна из важнейших его функций. При тепловом стрессе величина
общего кровотока в коже может значительно возрасти. Увеличение
кожного кровотока в условиях высокой внешней температуры связано с закрытием множества артериовенозных анастомозов, по которым часть крови оттекает в вены, минуя капилляры. Управление
кровотоком осуществляют соответствующие системы регуляции.
С кровью на кожу переносятся избытки тепла из сердцевины организма. За счет теплопроводности тепло от капилляров транспортируется на поверхность кожи и далее в окружающую среду.
В данном изложении нас больше всего интересуют механизмы
передачи излишков тепла от поверхности кожи в окружающую
среду. Всего существует три таких механизма: радиационный, конвективный и отвод тепла за счет парообразования.
21
Радиационный механизм заключается в потере энергии за счет
фотонов, излученных с поверхности кожи, как с любого нагретого
объекта. Излучаемая мощность в этом процессе пропорциональна
четвертой степени температуры, зависит от площади и формы излучающей поверхности и, конечно же, от ее оптических свойств.
Конвективный механизм предполагает непосредственный нагрев окружающей среды и зависит от теплоемкости среды, скорости ее движения относительно охлаждаемой поверхности кожи и разности температур среда–поверхность. Необходимо отметить, что
среда всегда приходит в движение, если в нее поместить нагретое
тело. Нагреваясь от тела, воздух начинает двигаться вверх, и при
комнатной температуре скорость его движения может достигать
0,5 м/с. Эта скорость и определяет эффективность сброса излишков теплопродукции организма в окружающую среду.
Отвод тепла за счет парообразования – процесс образования
пара при неощутимой перспирации и потоотделении. На переход
воды из жидкого состояние в пар затрачивается энергия (2,4 кДж/г
при 40 °С), что приводит к остыванию кожи. Этот процесс теплоотдачи очень эффективен, но возможен только при условии малой
относительной влажности в окружающей среде. Если относительная влажность в среде достигла 100 %, то вода не испаряется и охлаждения за счет парообразования не происходит.
Перечисленные процессы отвода тепла давно и хорошо изучены в практической медицине, и на данный момент известно, что в
условиях комфорта (при температуре 20 °С и относительной влажности 40–60 %) из общих 120 Вт потерь тепла излучением отводится 62,9 Вт (52,4 %), конвекцией, включая кондукцию, – 30,2 Вт
(25,2 %) и испарением – 26,8 Вт (22,3 %) (Бегун П.И., Шукейло Ю.А. «Биомеханика»).
Таким образом, для эффективного снижения теплопотерь организма нужно остановить все три вышеуказанных процесса одновременно. Для снижения потерь тепла по радиационному механизму достаточно поместить пациента в объем с температурой стенок,
равной или более высокой, чем температура тела. Тогда мощность
излучения поверхности кожи будет скомпенсирована за счет поглощения теплового излучения стенок. Установится баланс между излученной и поглощенной мощностями. Для уменьшения потерь по
оставшимся двум механизмам надо поднять температуру среды,
окружающей пациента, до температуры его кожи и создать в ней
100%-ю влажность.
22
Оказывается, что обеспечить все эти условия одновременно
можно, поместив пациента в ванну с водой, нагретой до температуры тела. При этом потери энергии излучением будут скомпенсированы за счет поглощения кожей излучения ванны. Конвективные потери исчезнут, так как передача тепла без наличия градиента
температуры между кожей и окружающей средой невозможна, а
испарения пота в водной среде не происходит.
Если поднять температуру ванны до 45–46 °С, то организм пациента будет нагреваться не только за счет собственного теплопроизводства, но и за счет контакта кожи с более горячей водой.
Следует заметить, что любая попытка нагреть пациента «всухую» (термокостюм, бокс и др.) окончится тем, что все сухое пространство вокруг тела сначала будет заполнено парами воды со
100%-й влажностью и продуктами работы потовых желез. Только
после этого система терморегуляции организма перестанет справляться со своими функциями и начнется принудительный нагрев,
так сказать «в собственном соку», в отличие от гигиеничного прогревания в ванне.
Теперь рассмотрим механизмы подвода тепла к организму в
ванне с горячей водой. В общем случае поток тепла тем больше,
чем больше разность температуры между теплоносителем и нагреваемым объектом. Процесс нагрева характеризуется полем температур, которое зависит от распределения источников тепла, геометрических размеров и формы объекта, а также механизмов теплопередачи внутри него. Однако в случае живого организма существуют
ограничения на локальную температуру. То есть в процессе нагрева в поле температур не должно быть значений, превосходящих
предельно допустимое. В случае нагрева теплоносителями (горячая
вода, пар и др.) достаточно ограничить температуру последних, чтобы заведомо оказаться в допустимых пределах. Последнее утверждение, вообще говоря, справедливо только с точностью до собственного теплопроизводства организма. Но, как мы убедимся впоследствии, собственная тепловая мощность организма чрезвычайно
мала по сравнению с мощностью внешнего нагрева, осуществляемого в ванне.
Совсем иначе обстоит дело с нагревом электромагнитным излучением. Для быстрого нагрева необходимо использовать большие мощности излучения. Однако организм – среда заведомо неоднородная, и поглощение энергии в разных его частях может
оказаться неодинаковым. Это означает, что всегда есть опасность
23
локального перегрева (ожог) при фиксированной средней мощности
излучения. Поэтому аппараты типа «Яхта» с электромагнитным нагревом имеют до 18 точек контроля локальной температуры пациента при относительно невысокой мощности нагревающего излучения (менее 1 кВт). К тому же в теле пациента могут оказаться
металлические протезы, осколки и др., о которых не знают ни пациент, ни врачи. Аппараты такого типа удобны при проведении
локальной гипертермии, но этот вопрос в данной публикации мы
не рассматриваем.
Таким образом, мы достаточно логично и последовательно доказали, что нагрев пациентов при общей искусственной гипертермии необходимо проводить в ванне с горячей водой и никак
иначе.
Пионеров этого способа нет, так как его использовали и Гиппократ, и Парацельс, и Залманов. А вот у применения этого метода для лечения рака автор есть. Это Манфред фон Арденне, физик
по образованию и ученик Отто Варбурга.
Итак, рассмотрим процесс нагрева пациента в ванне. Непосредственно с горячей водой контактирует только кожа человека.
В ее поверхностных слоях (вплоть до сосочкового слоя) теплопередача может идти только за счет собственной теплопроводности.
Глубже кожа насыщена капиллярами и теплопередача возможна не
только за счет теплопроводности, но и за счет переноса тепла кровью, участвующей в периферическом кровообращении. Сразу оговоримся, что теплоперенос периферическим кровообращением более эффективен, чем теплопроводность. Радиационным нагревом
мы тоже пренебрегаем. Ниже будет понятно, что его роль в условиях нагрева в ванне несущественна.
Существуют компьютерные модели теплообмена человека, но,
чтобы не перегружать повествование вычислениями, мы ограничимся простыми оценками. В нашей модели тепло за счет теплопроводности верхних слоев кожи достигает сосочкового слоя, откуда уносится периферическим кровотоком и распределяется по
всему организму. Такие допущения оправданны, так как количество капилляров на единицу площади велико и, соответственно,
среднее расстояние между ними меньше или сопоставимо с толщиной верхнего, неваскуляризованного, слоя кожи. Как говорилось выше, при капилляроскопии ногтевого ложа наблюдают от 20
до 65 групп капиллярных петель на 1 мм2, а по данным Болинжера
и Фагрела (1990), количество видимых капилляров составляет 10–
30 на 1 мм2.
24
Известно, что температура крови в капиллярах равна температуре окружающих тканей. Следовательно, можно принять температуру крови, поступающей в организм с периферии, равной температуре сосочкового слоя, в то время как на периферию поступает
кровь со средней температурой «сердцевины организма». Таким
образом, поток тепла, вносимый в организм кровью, будет равен
Q = Cк ⋅ Vп ⋅ ρ ⋅ (Tc – Tт),
(1)
где Q – поток тепла; Cк – теплоемкость крови; Vп – объемный
расход периферийного кровотока; ρ – плотность крови; Tc – температура сосочкового слоя; Tт – температура «сердцевины организма». Тогда уравнение для температуры «сердцевины организма»
выглядит следующим образом:
dTт /dt = Q/(Mт ⋅ Cт) = (Cк /Cт) (Vп ⋅ ρ/Mт) (Tc – Tт),
(2)
где Мт – масса тела; Cт – средняя теплоемкость тела. Решением
этого уравнения является экспонента с характерным временем
τ = 1/[(Cк /Cт) (Vп ⋅ ρ/Mт)].
(3)
Однако в уравнении (2) величина Vп зависит от времени, так
как при нагреве включаются функции терморегуляции организма
и периферийный кровоток может изменяться в разы. Для получения оценок зависимости температуры тела от времени эти изменения можно считать медленными, и тогда можно пользоваться уравнением (2), подставляя в него конкретные значения Vп. Найти
зависимость значения Vп от температуры тела в литературных источниках нам не удалось, приводятся только отдельные данные.
Вероятно, эта характеристика организма очень индивидуальна, а
прямые измерения крайне затруднительны.
Заметим, что измеряя в ходе процедуры гипертермии зависимость температуры Tт от времени, можно вычислять текущее значение Vп и построить интересующую нас зависимость периферического кровотока от температуры тела, что само по себе может
оказаться весьма интересным следствием приведенных расчетов.
Как говорилось выше, на процесс нагрева влияет еще и теплопроводность поверхностного слоя кожи, лишенного кровеносной
системы (от эпидермиса до сосочкового слоя). Для оценки влияния этого процесса сделаем еще одно упрощение задачи. Будем
считать, что весь поток тепла, поступающий через поверхность
кожи, расходуется на нагревание «сердцевины организма» и не
расходуется на нагрев поверхностного слоя кожи. Такое допуще-
25
ние не сильно повлияет на конечный результат, так как масса этого слоя составляет порядка одного килограмма, или около 1 %.
Тогда полный поток тепла через поверхность кожи за счет теплопроводности должен быть равен потоку, переносимому с кровью к
«сердцевине организма» (1). Соответствующие уравнения выглядят
следующим образом:
Qпол. = Q,
Q = Cк ⋅ Vп ⋅ ρ (Tc – Tт),
Qпол. = λ(Тв – Тс) S/h,
где λ – коэффициент теплопроводности кожи; Тв – температура
воды в ванне; S – площадь поверхности кожи; h – толщина верхнего (неваскуляризованного) слоя кожи. Эти уравнения позволяют
определить температуру сосочкового слоя Тс, с тем чтобы подставить
ее в уравнение (2). Таким образом, мы получили уравнение для
скорости нагрева пациента в ванне:
dTт/dt = (Cк /Cт) (Vп ⋅ ρ/Mт) (Tв – Tт)/[1 + (Cк ⋅ Vп ⋅ ρ ⋅ h)/(λ ⋅ S)]. (4)
Его решением также является экспонента, но с несколько увеличенным показателем:
Тт = Тн + (Тв – Тн) (1 – Exp(–t/τ)),
(5)
где Тн – начальная температура тела, а
τ = [1 + (Cк ⋅ Vп ⋅ ρ ⋅ h)/(λ ⋅ S)]/[(Cк /Cт) (Vп ⋅ ρ/Mт)].
(6)
Приведем три графика зависимости температуры тела от времени, рассчитанные при разных значениях периферийного кровотока (рис. 2). Значения теплофизических констант организма взяты из книги П.И. Бегун и Ю.А. Шукейло «Биомеханика». Толщина
поверхностного (неваскуляризованного) слоя кожи в расчетах принята равной 0,5 мм. Толщина эпидермиса, по данным И.В. Алмазова и Л.С. Сутулова [1978], достигает 0,25–0,35 мм на коже подушечек пальцев, а на остальных частях тела значительно меньше.
Как уже говорилось, важнейшей функцией кровотока кожи
является участие в механизмах терморегуляции. При терморегуляции периферический кровоток составляет 1,2–2 л/мин. В условиях
экстремального теплового стресса общий кожный кровоток взрослого человека увеличивается до 8 л/мин (3,5–4 л/(м2⋅мин)) (Rowell,
1977), но даже в этом случае не достигает предельных возможнос-
26
Рис. 2. Расчетная зависимость температуры тела от времени при общей
управляемой гипертермии (ОУГ).
Масса пациента 80 кг, начальная температура тела 37 °С, средняя теплоемкость 0,83 ккал/(кг⋅°С), толщина и теплопроводность неваскуляризованного
слоя кожи 0,5 мм и 0,21 Вт/(м⋅°С) соответственно, площадь кожи 2,04 м2,
удельная теплоемкость крови 3850 Дж/(кг⋅°С), а ее плотность 1050 кг/м3.
Значение периферического кровотока указано для каждого графика. Температура 43,5 °С – предельно достижимое значение при ОУГ.
тей здорового человека (25–41 л/мин). Для графиков, приведенных
на рис. 2, мы приняли значение кровотока равным 1,5 л/мин (нормальные условия), 8 л/мин (условия экстремального теплового
стресса) и 40 л/мин (предельно возможное значение для здорового
человека).
Как видно из представленных графиков (см. рис. 2), с ростом
подкожного кровотока время достижения температуры 43,5 °С
сильно сокращается. Если при кровотоке 1,5 л/мин максимальная
скорость нагрева не превышает 0,15 °С/мин, то при значении
40 л/мин она составляет уже около 1 °С/мин, что говорит о существенном увеличении эффективности нагрева.
27
Заметим, что время нагрева до одной и той же температуры
для графиков с кровотоком 8 и 40 л/мин различается не в пять раз,
как, казалось бы, должно быть в соответствии с уравнением (1), а
менее чем в два раза. Этот факт связан с поверхностным, неваскуляризованным, слоем кожи, который передает тепло только за счет
теплопроводности. При больших потоках подводимого тепла перепад температуры на этом слое становится большим, из-за чего снижается температура сосочкового слоя и тем самым ограничивается
поток тепла, переносимый периферическим кровотоком к сердцевине.
На рис. 3 приведены расчетные зависимости значений мощности подводимых к пациенту тепловых потоков в тех же условия,
что и на рис. 2. На графиках мощность теплового потока достигает
6 кВт, но надо понимать, что в момент погружения пациента в
ванну величина кровотока не может быть равна 40 л/мин. Такое
значение мощности может быть достигнуто только в специально
созданных условиях предельного кровотока. Очевидно, что при
Рис. 3. Расчетная зависимость мощности тепловых потоков, подводимых к пациенту при ОУГ.
Пояснения см. на рис. 2.
28
погружении пациента в ванну с температурой воды 46 °С тепловой
стресс присутствует, и кровоток на уровне 8 л/мин реален. По-видимому, при дальнейшем нагреве кровоток еще возрастет. Поэтому
реальные кривые зависимостей, представленных на рис. 2 и 3,
должны лежать где-то между вторым и третьим расчетными графиками, но даже при тепловом стрессе (величина кровотока 8 л/мин)
время достижения температуры 43,5 °С составляет около 17 мин.
При этом подводимая к пациенту мощность в начальный момент
времени достигает 3 кВт! К моменту достижения пациентом температуры 43,5 °С подводимая мощность падает до 1 кВт, но даже
тогда она намного превосходит не учтенные в наших расчетах процессы, такие как собственное теплопроизводство организма, радиационный нагрев и теплопроводность тканей сосочкового слоя,
что делает принятые нами ранее допущения оправданными.
В наших расчетах не были учтены потери тепла, связанные с
дыханием, и теплопотери через кожу головы, не погруженную в
воду. Для полноты картины сделаем и эти оценки.
Дыхание. Предположим, что аппарат искусственного дыхания
снабжает пациента абсолютно сухой кислородной смесью, а в выдыхаемом газе устанавливается 100%-я влажность при температуре
сердцевины организма. Расход кислородной смеси при проведении
процедуры гипертермии составляет не более 30 л/мин. Абсолютная
влажность при температуре 43,5 °С – около 0,06 г/л. То есть за секунду в легких пациента может испаряться до 0,03 г воды, что приведет к потерям около 75 Вт тепла. (Удельная теплота парообразования 2,4 кДж/г.)
Кожа головы. Площадь поверхности головы составляет около
10 % от общей поверхности. Поскольку, как мы убедились ранее,
мощность всех процессов тепловыделения человека пропорциональна площади кожи, участвующей в процессе, то следует предположить, что потери также будут составлять 10 % от максимальных возможностей тепловыделения здорового организма. Некоторые авторы считают, что собственная теплопродукция человека
может достигать 400 Вт в тяжелых условиях. Следовательно, ожидаемые теплопотери через кожу головы составят около 40 Вт.
Как видно из приведенных оценок, не учтенные тепловые потери в сумме могут составлять примерно 115 Вт, что даже меньше
теплопродукции человека в комфортных условиях. Так как в приведенных выше расчетах (см. рис. 2 и 3) собственная теплопродукция вообще не учитывалась, то можно говорить о расчетах как об
оценке скорости нагрева пациента в ванне.
29
Таким образом можно нагреть пациента в ванне до температуры
43,5 °С менее чем за 20 мин. При этом температура воды в ванне
вполне безопасна для организма.
Попутно отметим, что для других способов искусственной гипертермии (высокочастотной, экстракорпоральной и др.) время разогрева до 41,5–42 °С в среднем составляет 120 мин. Такую скорость нагрева, как в ванне, не обеспечивает ни один метод.
Теоретические расчеты полностью согласуются с практическим применением способа ОПГ, выполненным нами при проведении более чем 4000 процедур гипертермии.
2.2. Методика искусственного согревания
При проведении ОПГ гидромассажная ванна (типа «Хирана»54) предварительно заполняется горячей водой с исходной температурой до 45 °С, повышающейся до 46 °С к середине сеанса нагревания.
Общая анестезия больного осуществляется внутривенным методом, больной интубируется и присоединяется к аппарату искусственной вентиляции легких (ИВЛ). После введения термодатчика
в пищевод больной погружается в воду. Общая пиковая гипертермия проводится с использованием тотальной внутривенной анестезии с миоплегией и высокочастотной искусственной вентиляцией
легких кислородно-воздушной смесью.
После вводного наркоза и введения мышечных релаксантов пациента интубируют, переводят на ВЧ ИВЛ; устанавливаются термодатчики (два датчика в средней трети пищевода и один в носовом
ходу) с точностью измерения 0,1 °С. Температура фиксируется по
максимальному показателю. При необходимости устанавливается
назогастральный зонд. После обезболивания пациент погружается
в ванну с водой (температура воды 45–45,5 °С). После периода адаптации (1–2 мин) начинается согревание пациента с постоянной
конвекцией теплоносителя. Постепенно температура воды доводится до 46–46,5 °С. Во время процедуры пациенту вводятся метаболические и симптоматические препараты. За 15–20 мин температура
тела пациента доводится до 42 ± 1 °С, и нагревание прекращается.
Устанавливается мочевой катетер, проводится инфузионная терапия для устранения волемических расстройств. Пассивное охлаждение пациента и экстубация занимают 30–50 мин.
Возможные осложнения. После процедуры возможно возникновение у пациента тошноты и рвоты, которые купируются обычными способами.
30
2.3. Обеспечение безопасности
2.3.1. Обоснование необходимости клинического применения
общей пиковой гипертермии высокого уровня
Известно, что техническое проведение искусственной гипертермии, а также обоснование оптимальных и рациональных ее температурно-экспозиционных режимов не имеют однозначных решений. При этом варианты локальной и общей гипертермии различными волновыми, иммерсионными и перфузионными методами
не должны противопоставляться. Необходимо учитывать конкретные клинические ситуации и достигать максимального лечебного
эффекта.
Ниже мы приводим аргументы, которые учитывались при изучении и обосновании применения общей гипертермии высокого
уровня (до 44,0 °С).
Прежде всего необходимо ответить на вопрос: почему нужна
искусственная гипертермия выше 43 °С? Ответ на этот вопрос очевиден не только для онкологии, но и для тех областей медицинской практики, где требуется селективный повреждающий эффект
применяемого способа санации. В частности, это актуально для
онкологической, вирусологической и аллергологической практики,
когда необходимо достичь некробиоза и апоптоза злокачественных
клеток, подавить ВИЧ-инфекцию или разрушить парапротеины
и патологические иммуноглобулины (циркулирующие иммунные
комплексы). В этом отношении уже получены внушающие доверие
результаты исследований некоторых авторов. Еще E. Kano (1987)
установил, что «…энергия активации тепловой гибели злокачественной клетки при температурах свыше 43,0 °С и ниже 43,0 °С
равна 150 ккал/моль и 360 ккал/моль соответственно…» Таким образом, можно длительно, как это делают во всем мире, подвергать
организм ракового больного перегреванию до 41 °С в течение 1–
3 ч в надежде на то, что раковые клетки в его организме окажутся
менее устойчивы к повышенной температуре. А возможен и другой
вариант, когда искусственно, в условиях адекватной анестезиологической защиты, быстро обеспечивается выход на уровень 43,0–
43,5–44,0 °С и запускается биологический механизм апоптоза в
раковых клетках. Отметим, что доктор Кано с сотрудниками в течение последующих 10 лет неоднократно подтверждал достоверность зарегистрированного феномена, принятого нами во внимание. Следует также отметить, что известный европейский авторитет
профессор Ж. Матэ на 24-м гипертермическом конгрессе в Риме
31
(сентябрь 2001 г.) также подтвердил, что «…апоптоз в опухолевых клетках запускается только при достижении температуры в
43,0 °С…»
Авторитет этих и других известных ученых позволяет достаточно обоснованно считать использование высокой температуры
(выше 43 °С) принципиальным для онкологической практики. Более того, применение общей гипертермии в интервале 39–41 °С таит опасность диссеминации злокачественных клеток и стимуляции
их роста.
2.3.2. Факторы риска при осуществлении общей гипертермии
выше 43 °С и патогенетическое обоснование
возможности их преодоления
Известно, что гомойотермные организмы «…приютились у самого порога тепловой смерти…» Искусственное воспроизведение
физической общей гипертермии даже в интервале 41–42 °С сопряжено с риском развития опасных осложнений. Таковыми являются:
– тепловой шок;
– отек – набухание головного мозга;
– острая недостаточность кровообращения;
– гепаторенальный синдром;
– ARDS (острый респираторный дистресс-синдром);
– диссеминированное внутрисосудистое свертывание.
Вероятность возникновения указанных осложнений особенно
велика у больных пожилого и старческого возраста с онкологической патологией, которым вынужденно применяют гипертермию на
фоне уже существующих полиорганных дисфункций и общего плохого самочувствия. В этой связи Окаяма (1994) справедливо заметил, что для клинического эффекта необходимо использование
общей гипертермии до уровня в 43 °С, но летальность при этом
достигает 17 %.
Однако с учетом нашего опыта использования кратковременной общей гипертермии выше 43 °С, разработанной в г. Новосибирске и примененной более 4000 раз (причем пациенты неоднократно переносили эту процедуру, и у них не возникали осложнения и полиорганные дисфункции), есть основание утверждать о
принципиальной возможности безопасного применения кратковременной общей гипертермии высокого уровня.
Ниже приводятся некоторые патогенетические положения, которыми мы руководствовались в процессе разработки и совершенствования метода общей гипертермии высокого уровня (43,5–
44,0 °С).
32
Известно, что «…при реакциях клеток на действие повреждающих агентов и раздражителей белки протоплазмы претерпевают
обратимые структурные изменения, не связанные с изменением
атомного состава...» (Насонов Д.Н., 1964). Такие изменения осуществляются путем поворотов атомных групп вокруг одиночных
связей.
Суть конформационных изменений белков заключается в перераспределении энергии связей и взаимодействий, которые могут
приводить к разрывам существующих и установлению новых слабых взаимодействий, поддерживающих вторичную, третичную и
четвертичную структуру белковой молекулы [Koshland, 1964].
Пространственная структура белковой молекулы поддерживается различными силами. Водородные мостики устанавливаются
между кислородом карбонильной группы одной аминокислоты с
иминным азотом другой (N–H…O=C). Они в основном поддерживают вторичную структуру белковых молекул. В архитектонике
третичной структуры могут участвовать ковалентные дисульфидные связи (–S–S–). Влияние гидрофильных и гидрофобных участков белковой молекулы на расположение воды в ближайшем их
окружении создает четвертичную структуру, определяющую стабильность белковой макромолекулы.
Повторим, что температурный максимум стабильности большинства белковых макромолекул лежит значительно ниже температуры
их жизненного оптимума. Следовательно, повышение температуры
относительно оптимума должно снижать стабильность белковых молекул. Причем повышение температуры в большей степени лабилизирует периферические, наиболее реактивные части макромолекулы, которые удалены от внутреннего гидрофобного ядра глобулы.
Процесс денатурации – это более или менее полное разрушение четвертичной, третичной и вторичной структур без гидролитического расщепления пептидных связей. Повышенная температура
по сравнению с другими хорошо известными денатураторами (мочевина, спирт, ацетамид) является наиболее универсальным «разрушителем» макромолекулярной структуры. Конечно, при повышении температуры, в зависимости от ее уровня и времени воздействия, изменения макромолекул происходят стадийно: от легких
нарушений стереохимической конфигурации до образования более
или менее беспорядочного клубка полипептидных цепей с полной
потерей функции.
Если процесс нарушения структуры макромолекулы незначителен, то прекращение нагревания и снижение температуры до ис-
33
ходного уровня дают возможность ренатурации. Восстановление
исходной, нативной структуры и возобновление функции – процесс значительно более длительный, чем повреждение, и зависит
как от глубины обратимой денатурации, так и от вида белковых
макромолекул.
По нашему мнению, процесс восстановления функции у различных белковых структур после нагревания пациента до 43–44 °С
длится от 2 до 8–16 часов. За этот срок после гипертермии, при
соблюдении определенных условий, постепенно восстанавливаются структура и функция всех здоровых белковых макромолекул.
Однако для указанной закономерности имеется исключение, касающееся фермента с уникальными свойствами – трипсина. Известно, что этот фермент с относительно простой структурой и небольшой молекулярной массой после нагревания до 43–44 °С способен
полностью восстановить свою функцию за 10–20 минут(!) (рис. 4).
При этом возникает опасная патогенетическая ситуация: огромное поле частично денатурированных белков организма (субстрат) и активная, неспецифичная экзо-эндопротеиназа трипсин
(фермент), «готовый к бою». Недаром А. Ленинджер и А. СентГьерги сравнивали его с «пружиной» или с «застежкой-молнией».
Протеиназы также являются денатураторами, причем они не ограничиваются нарушением структур высшего порядка и рвут пептидные связи, ломая первичную структуру белка. Высокий уровень протеолиза в перегретом организме создает условия для накопления
большого количества олигопептидов средней молекулярной массы,
что сопровождается развитием эндотоксемии. Другими словами, для
многих белковых структур высокая температура вызывает частичную денатурацию макромолекул, а протеолиз их разрушает (рис. 5).
Отметим, что приведенная выше патогенетическая закономерность, на наш взгляд, является одним из ключевых положений,
которое необходимо учитывать при обеспечении безопасности общей искусственной гипертермии.
Нами установлено, что феномен гипертрипсинемии является
типовой, неспецифической реакцией организма на любые стрессорные и шокогенные (включая тепловой шок) воздействия. Источником трипсинемии является поджелудочная железа, из зимогеновых гранул которой при шоке фермент «уклоняется» в кровоток
и вызывает эффекты гиперпротеолиза и эндотоксемии. Следовательно, при анестезиологическом обеспечении искусственной гипертермии высокого уровня необходимо предупреждать развитие
гипертрипсинемии и контролировать выраженность протеолиза.
34
Рис. 4. Скорость ренативации трипсина.
Рис. 5. Схема динамики структурных изменений белка при тепловом
воздействии в присутствии активного трипсина.
35
Каким же образом во время гипертермии можно подавить активность трипсина?
Это является определенной проблемой, так как известные и
применяемые в клинических условиях поливалентные ингибиторы
протеиназ имеют белковую природу и при высокой температуре
также подвергаются денатурации. Другими словами, требовалось
найти альтернативный вариант ингибирования протеиназ.
В поисках фармакологического препарата, способного ингибировать активность трипсина в крови, мы обратили внимание на
работы В.В. Кованова (1980–1982) по применению в медицинской
практике формальдегида. Позднее было установлено, что формальдегид блокирует действие протеолитических ферментов трипсиназного типа и может существенно снижать протеолитическую активность крови. Поскольку внутривенное введение формальдегида
фармакопеей не разрешено, был найден альтернативный вариант
применения этого агента. Он заключался в использовании гексаметилентетрамина, который в медицинской практике используется
давно. Этот препарат, попадая в кровь, способен расщепляться на
формальдегид и аммиак, причем последний при адекватной функции печени и почек безвреден для организма. С учетом выше приведенных аргументов было обосновано назначение гексаметилентетрамина больным, у которых имелась повышенная активность
трипсина в крови, и доказано снижение активности трипсина с
уровня 2,34–9,72 мед до 0,2–0,3 мед после лечения этим препаратом. С учетом рекомендаций фармакопеи эмпирически удалось установить оптимальную дозу гексаметилентетрамина (80 мг/кг) и
время его полувыведения с мочой (4–6 ч). Это очень важный элемент решения проблемы, учитывая существенное обстоятельство:
наиболее часто применяемые в медицинской практике антипротеиназные препараты (тразилол, контрикал, гордокс и др.) малоэффективны в отношении активности трипсина в крови и совершенно не эффективны при высокой температуре (Литвинов И.В.,
1998). Связано это с тем, что указанные поливалентные ингибиторы трипсина имеют белковую структуру и, по-видимому, подвержены температурной инактивации. Напротив, формальдегид, образующийся в крови при гидролизе гексаметилентетрамина, сохраняет свои антипротеиназные свойства и при 44 °С.
Таким образом, удалось выполнить одно из принципиальных условий обеспечения безопасности общей искусственной пиковой гипертермии высокого уровня – максимальное подавление общей протеолитической активности крови. Оказалось, что решение задачи управления
36
протеолизом явилось недостающим звеном в создании безопасного
способа кратковременной общей гипертермии высокого уровня.
2.3.3. Реализация безопасности кратковременной
общей гипертермии для человека*
В целях протокольного изучения безопасности метода было
проведено 150 процедур пиковой гипертермии у 30 добровольцев
(ВИЧ-инфекция). При процедурах ОПГ выдерживались следующие средние показатели:
Время
согревания, мин
17 ± 1
Максимальная
температура, °С
43,4 ± 0,2
Время
охлаждения, мин
16 ± 2
Общее время
ИВЛ, мин
46 ± 4
Процедуры гипертермии выполнялись по схеме: три процедуры с периодичностью одна процедура раз в 4–7 дней; четвертая
процедура через 2 месяца после третьей; пятая процедура через
6 месяцев после четвертой процедуры.
Осуществлялось сравнение клинических и биохимических показателей перед первой процедурой, в первые сутки после третьей
процедуры и на вторые сутки после четвертой процедуры пиковой
гипертермии. Рентгенография легких и ЭКГ не выявляли какихлибо изменений по сравнению с исходными данными.
Таблица 1
Изменения в крови после общей пиковой гипертермии
Показатель,
ед. измерения
Эритроциты, ×1012/л
Гемоглобин, г/л
Тромбоциты, ×109/л
Лейкоциты, ×109/л
Палочкоядерные, %
Сегментоядерные, %
Эозинофилы, %
Моноциты, %
Лимфоциты, %
СОЭ, мм/ч
Норма
Перед
процедурой № 1
3,7–5,5
115–160
180–320
4,0–8,8
1–6
47–72
0–5
3–11
19–37
1–15
4,6 ± 0,4
137 ± 8
248 ±13
5,5 ± 0,9
2 ±1
61 ± 2
3±1
10 ± 1
25 ± 2
11 ± 2
После
После
После
процедуры процедуры процедуры
№3
№4
№5
4,0 ± 0,3
127 ± 9
232 ± 16
7,4 ± 1,3
7±1
58 ± 2
2±1
10 ± 1
24 ± 2
20 ± 3
4,5 ± 0,3
136 ± 7
243 ±16
5,4 ± 0,8
2±1
58 ± 2
2±1
9±1
30 ± 2
12 ± 2
4,7 ± 0,3
139 ± 7
247± 11
5,0 ± 0,4
1±1
55 ± 2
1±1
9±2
33 ± 2
10 ± 2
П р и м е ч а н и е. Исследования проводились с участием 30 добровольцев.
* Автор раздела – Барбашов И.В.
37
38
65–85
46–64
2,5–8,3
50–115
4,2–6,1
16–30
10–40
10–30
24–170
95–456
0–28
1,7–20,5
0–5,1
3,6–6,3
138–148
95–110
3,3–6,5
35–55
90–105
440–510
0,8–1,0
4,27–7,69
Норма
После процедуры № 3
61,1 ± 2,7
34 ± 3
6,0 ± 0,6
114 ± 11
3,9 ± 0,4
19 ± 3
54 ± 7
55 ± 7
150 ± 19
455 ± 47
33 ± 7
22,2 ± 2,3
4,3 ± 0,6
4,5 ± 0,5
139 ± 4
110 ± 5
3,6 ± 0,6
35 ± 4
94 ± 2
543 ± 28
1,2 ± 0,1
7,23 ± 0,51
Перед процедурой № 1
75,0 ± 3,8
41 ± 3
4,8 ± 0,5
83 ± 10
4,4 ± 0,6
27 ± 4
37 ± 6
39 ± 6
108 ± 29
279 ± 75
25 ± 8
18,8 ± 1,6
3,5 ± 0,8
4,6 ± 0,4
139 ± 3
99 ± 3
4,3 ± 0,7
43 ± 5
101 ± 2
472 ± 17
0,9 ± 0,1
5,98 ± 0,77
П р и м е ч а н и е. Исследования проводились с участием 30 добровольцев.
Общий белок, г/л
Альбумин, %
Мочевина, ммоль/л
Креатинин, мкмоль/л
Сахар крови, мкмоль/л
Амилаза крови, г/л
Аланинаминотрансфераза, Е/л
Аспартатаминотрасфераза, Е/л
Креатинфосфокиназа, Е/л
Лактатдегидрогеназа, Е/л
Липаза, МЕ/л
Билирубин общий, мкмоль/л
Билирубин прямой, мкмоль/л
Калий, ммоль/л
Натрий, ммоль/л
Хлориды, ммоль/л
Холестерин, ммоль/л
Бета-липопротеиды, опт. ед.
Протромбиновый индекс, %
SH-группы, мкмоль/л
Диеновые конъюгаты, ед.
Малоновый диальдегид, ммоль/л
Показатель, ед. измерения
72,2 ± 2,9
40 ± 3
4,8 ± 0,4
95 ± 10
4,3 ± 0,3
23 ± 3
38 ± 6
39 ± 6
124 ± 27
347 ± 61
24 ± 4
21,1 ± 2,1
4,3 ± 0,6
4,6 ± 0,3
138 ± 4
102 ± 5
4,3 ± 0,5
42 ± 5
100 ± 3
479 ± 22
0,9 ± 0,1
6,18 ± 0,72
После процедуры № 4
Влияние пиковой гипертермии на основные параметры гомеостаза
76,9 ± 3,8
45 ± 3
4,4 ± 0,3
85 ± 7
4,5 ± 0,3
25 ± 4
30 ± 6
30 ± 6
110 ± 27
275 ± 52
21 ± 4
16,9 ± 1,5
3,3 ± 0,6
4,6 ± 0,2
140 ± 3
103 ± 4
4,6 ± 0,5
46 ± 5
101 ± 2
456 ± 23
0,85 ± 0,06
5,49 ± 0,73
После процедуры № 5
Таблица 2
Проведенный с целью оценки общей безопасности процедуры
пиковой гипертермии мониторинг основных гематологических показателей (содержание эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов, лейкоцитарной формулы, тромбоцитов и СОЭ) не выявил значимых
изменений (табл. 1). В общем анализе мочи, забиравшемся в те же
контрольные точки, патологии не выявлено.
Не отмечено влияния пиковой гипертермии на уровень глюкозы крови, мочевины, липазы, амилазы, холестерина, бета-липопротеидов. Электролитный баланс не претерпевал каких-либо изменений. Отмечалось повышение уровня активности трансаминаз
и ЛДГ, возрастало содержание SH-групп, диеновых конъюгатов,
малонового диальдегида (но не более чем в 2 раза от нормального
уровня) и незначительно креатинина в первые сутки после процедуры. В то же время на вторые сутки не выявлено достоверного
превышения их активности. Уровень активности КФК незначительно повышался, что свидетельствует об отсутствии миопатий,
которые диагностируют при повышении уровня активности КФК
более чем в 10 раз. Уровень общего белка, альбумина и протромбиновый индекс незначительно снижались в первые сутки, а на
вторые сутки после процедуры практически не отличались от нормы (табл. 2).
Таким образом, оценка параметров гомеостаза позволяет сделать вывод о безопасности пиковой гипертермии для человека.
2.4. Анестезиологическое обеспечение ОПГ *
Необходимость в обезболивании ОПГ высокого уровня стала
очевидной в самом начале использования этого метода в медицинской практике. Исследования М. фон Арденне и других авторов
показали, что погружение в воду с температурой выше +45 °С и
длительное нахождение в ней вызывают у человека болевые ощущения, что негативно сказывается на физиологическом и психическом состоянии пациента. Это не только совершенно негуманно,
но и приводит к серьезным нарушениям в работе жизненно важных органов и систем организма. К тому же остаются очень малые
возможности для контроля и коррекции состояния организма во
время процедуры. Таким образом, по мере развития теоретической
базы и накопления практического опыта анестезиологическое обес* Автор раздела – Барбашов И.В.
39
печение ОПГ вышло далеко за рамки банального обезболивания и
свелось к решению следующих основных задач:
– обезболивание и обеспечение психологического комфорта
для пациента;
– подавление центра терморегуляции;
– обеспечение адекватной работы дыхательной системы и доставки необходимого количества кислорода к органам и тканям;
– обеспечение адекватного наполнения сосудистого русла;
– обеспечение доставки необходимых питательных веществ и
удаление продуктов метаболизма;
– защита от теплового шока;
– коррекция негативных реакций со стороны жизненно важных органов и систем организма.
Исторически схема обезболивания ОУГ пришла из общехирургической практики и представляла собой обычный эндотрахеальный наркоз в сочетании с нейролептаналгезией. Но дальнейшее
развитие методов искусственного согревания показало недостаточность данного метода обезболивания. При ОПГ высокого уровня
(42,5–43,5 °С) происходят изменения гомеостаза, поэтому пришлось
пересмотреть подход к ее анестезиологическому обеспечению.
Общая гипертермия по своей сути является агрессивной и
энергозатратной процедурой для организма человека. Известно,
что повышение температуры тела человека на 1 °С повышает межуточный обмен на 13 %. В связи с этим анестезиологическое
обеспечение ОПГ имеет ряд особенностей и существенно отличается от общехирургического. С одной стороны, необходимо добиться уровня анестезии, достаточного для адекватного обезболивания
и подавления терморегуляции, с другой стороны, надо обеспечить
работу сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других
систем организма в условиях гиперметаболизма и не допустить развитие «теплового шока».
Так, после многочисленных экспериментов и исследований
кислотно-щелочного состояния (КЩС) и газового состава крови
было доказано, что объемная ИВЛ в данном случае неприемлема, а
методом выбора для высокоуровневой ОПГ является струйная ВЧ
ИВЛ с частотой вдохов 100–110 в минуту, минутным объемом вентиляции (МОВ) 200 % и давлением вдоха 10–15 мм водного столба
(Литвинов И.В., 1998). Позже мы модифицировали и усовершенствовали данный способ респираторной поддержки, увеличив частоту вдохов до 150 в минуту и доведя состав кислородно-воздушной смеси до 3:1. Кроме того, мы полностью отказались от любых
40
газовых анестетиков и гипнотиков. Это позволило снизить частоту
негативных реакций со стороны сердечно-сосудистой системы до
минимума, а КЩС и газовый состав крови сделать стабильными и
не выходящими за рамки опасных отклонений.
В медикаментозном обеспечении анестезии мы до минимума
свели использование средств, отрицательно влияющих на метаболизм и работу сердца и ЦНС (тиопентал Na, кетамин, дроперидол
и др.), что позволило сделать доставку кислорода и питательных
веществ к органам и тканям максимально адекватной. Препаратами выбора для вводной и поддерживающей анестезии в нашем случае являются диприван (пропофол, рекофол) и фентанил. Из миорелаксантов используются только короткие (листенон, дитилин) и
средние (тракриум). Это позволяет сделать анестезию максимально
управляемой и комфортной для человека. Следует отметить, что в
условиях гипертермии и гиперметаболизма многие фармакологические препараты изменяют силу и длительность своего действия,
что подразумевает тщательный динамический контроль за пациентом и реагирование на изменение его состояния. Нельзя забывать
о своевременном введении питательных веществ, кортикостероидов, витаминов и ионов калия во время процедуры, а также средств
защиты от теплового шока.
Особенно тщательным должен быть динамический контроль
во время процедуры: измерение АД должно производиться не реже,
чем каждые 30 секунд, а пульсоксиметрия и ЭКГ должны вестись
непрерывно! Это позволит максимально быстро производить коррекцию негативных проявлений и избежать критических реакций
со стороны организма. Наиболее часто такие реакции происходят
со стороны сердечно-сосудистой системы – аритмии, критическое
повышение или снижение АД. Препаратами выбора для борьбы
с ними являются допамин, нитроглицерин, лидокаин, кортикостероиды.
Наиболее важным в проведении процедуры ОПГ должно быть
понимание того, что она является гиперэргической и не может
протекать при нормальных показателях гемодинамики! Повышения АД и ЧСС при повышении температуры тела являются «физиологичными», и бороться с ними не следует. Надо только следить, чтобы они не выходили за рамки критических. Таковыми являются: повышение ЧСС выше 160 ударов в минуту и повышение
систолического АД выше 180 мм рт. ст. Очень важным показателем
является уровень диастолического АД. С повышением температуры тела оно должно плавно снижаться вплоть до 0 мм рт. ст. Сле-
41
Рис. 6. Типовая наркозная карта процедуры ОУГ.
дует очень внимательно следить за сердечным выбросом – существенное его снижение говорит о том, что сердце снижает свои резервы и необходимо заняться срочной коррекцией или прекратить
процедуру. Типичные показатели гемодинамики при правильно
проведенной процедуре ОПГ приведены на наркозной карте
(рис. 6).
Следует отметить, что процедура ОПГ происходит в водной
среде, поэтому необходимо иметь хорошо заземленную, герметичную аппаратуру, чтобы исключить возможные замыкания электропроводки в аппаратуре и искажения при исследовании ЭКГ и
пульсоксиметрии.
Стандартная схема подготовки
и проведения процедуры ОУГ высокого уровня
для взрослого человека весом 70 кг
За три дня до процедуры пациент начинает прием 20%-го раствора гексаметилентетрамина по 15 мл per os и по 10 капсул витамина Е per os 3 раза в день, а также выпивает не менее 2 л жидкости в день.
За один день перед процедурой вечером пациенту проводится
инфузионная терапия кристаллоидными растворами в объеме 800–
1200 мл, выполняется очистительная клизма и (при необходимости) легкая седативная терапия.
Перед процедурой пациенту проводится инфузионная терапия
кристаллоидными растворами в объеме 800–1200 мл, и пациент
подается в манипуляционную.
Премедикация:
– атропин 0,1 % – 0,5 мл;
– димедрол 1 % – 1,0 мл;
– фентанил 0,005 % – 2,0 мл.
Вводный наркоз:
– пропофол 1 % – 15 мл;
– дитилин 100 мг;
– интубация трахеи и перевод пациента на струйную ВЧ ИВЛ
с параметрами: частота 150 вдохов в минуту, МОВ 200 %,
давление вдоха 15 мм вод. ст., соотношение кислорода и
воздуха 3:1;
– установка температурных датчиков;
– тракриум – 30 мг;
– гексаметилентетрамин 20 % – 10 мл.
43
Основной наркоз:
– фентанил 0,005 % – 2,0 мл перед погружением пациента в
теплоноситель (температура теплоносителя +45 °С), далее
фентанил 0,005 % вводится по 2,0 мл через каждые 5 мин;
– постоянное введение пропофола 1 % – 10 мг/(кг⋅ч);
– постоянное введение глюкозы 40 % со скоростью 400 мл/ч;
– общий объем инфузионной терапии за время процедуры
(15–18 мин) должен составлять 1000–1200 мл кристаллоидных растворов;
– на 8-й минуте процедуры вводится тракриум – 10 мг;
– при достижении каждого градуса температуры тела пациента
(+37,0 °С, +38,0 °С и т. д. вплоть до +43,0 °С) внутривенно
вводятся следующие препараты: глюкоза 40 % – 10 мл; рибоксин – 10 мл; витамин С 5 % – 10 мл; витамин В6 5 % –
10 мл;
– при достижении температуры тела пациента +42,0 °С внутривенно вводится гексаметилентетрамин 20 % – 10 мл;
– после достижения планируемого уровня температуры тела
пациент извлекается из теплоносителя. Переход к нормометрии происходит спонтанно и пассивно.
Выведение из наркоза производится по общепринятым правилам: после снижения температуры тела пациента до +38,0 °С, восстановления сознания и окончания действия миорелаксантов
проводится декураризация (атропин 0,1 % – 0,5 мл + прозерин
2 % – 2,0 мл), метаболическая поддержка ЦНС (пирацетам
20 % – 10 мл), санация трахеобронхиального дерева. Затем производится экстубация трахеи и пациент переводится в посленаркозную палату для динамического наблюдения. В постпроцедурном периоде продолжается инфузионная терапия кристаллоидными
растворами в объеме 1600 мл. Через 2 ч после экстубации пациент
самостоятельно переходит в палату.
Типовая наркозная карта (схема) данной процедуры представлена на рис. 6.
Естественно, что данный протокол анестезии и наркозная карта представляют собой стандартное течение процедуры ОПГ. На
практике анестезиологу иногда приходится вмешиваться в течение наркоза и проводить коррекцию отклонений в состоянии пациента.
44
Глава 3
ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ГИПЕРТЕРМИИ
В ЛЕЧЕНИИ ВИЧ-ИНФЕКЦИИ
И ВТОРИЧНОГО ИММУНОДЕФИЦИТА*
Идея о возможности использовать гипертермию для лечения
ВИЧ-инфекции и, в частности, для того, чтобы вызывать гибель
латентно зараженных ВИЧ клеток, была предложена в 1987 г. американским профессором из Портленда М. Ятвиным и разрабатывалась в последующих работах [Yatvin, 1991; Steinthart et al., 1996;
Ash et al., 1997]. Автор указывал на возможность активации «молчащего» вируса в латентно инфицированных клетках, невидимых
для иммунной системы пациента, с помощью теплового воздействия или применения цитокинов – сигнальных белковых молекул
иммунной системы. Под действием тепла в таких клетках происходит активация вирусных генов «молчащего» провируса – ДНК-копии ВИЧ, встроенной в геном этих клеток, что приводит к появлению вирусных белков-антигенов на поверхности зараженных
клеток. Это делает их видимыми для иммунной системы пациента,
атакующей и уничтожающей такие клетки с помощью специфических клеток-киллеров – так называемых цитотоксических лимфоцитов. Помимо этого, в результате теплового воздействия в организме образуется ряд белков теплового шока и цитокинов, способных
активировать механизмы противовирусного иммунитета и помочь
иммунной системе очистить организм от зараженных клеток.
Хотя на момент опубликования указанных работ никаких экспериментальных исследований с применением гипертермии против
ВИЧ-инфекции еще не проводилось, теоретические предпосылки
такого вмешательства позволили сделать некоторые прогнозы относительно возможностей и тактики его применения. В частности,
М. Ятвин полагал, что чем раньше в ходе заболевания будет применяться гипертермия, тем эффективнее будет подобное вмешательство, справедливо указывая на то, что на более поздних стадиях
течения ВИЧ-инфекции противовирусная активность клеток-киллеров – цитотоксических лимфоцитов – существенно снижается,
* Авторы главы 3 – Чересиз С.В. (канд. биол. наук, кафедра фундаментальной медицины Новосибирского госуниверситета) и Yatvin M. (Professor,
University of Portland, Oregon).
45
практически до исчезновения. Иммунной системе таких пациентов
сложно будет справиться с уничтожением зараженных клеток, даже
если нагревание и сделает их «видимыми» для нее [Yatvin, 1991].
Тактика раннего вмешательства в течение инфекции противоречила существовавшим в то время представлениям о применении
препаратов антиретровирусной терапии на достаточно поздних
стадиях инфекции, когда количество клеток-хелперов иммунной
системы (CD4 лимфоцитов), являющихся основными мишенями
вируса, упадет ниже определенного значения. Да и сами цели гипертермического вмешательства в корне отличаются от антиретровирусной терапии: первое стремится, в конечном итоге, активировать латентно зараженные клетки и уничтожить их, а целью второй
является подавление вирусной репликации в инфицированных
клетках, активно продуцирующих вирус, чтобы предотвратить заражение новых клеток. Сам М. Ятвин хорошо осознавал и даже
подчеркивал это противоречие: «…сегодняшний подход, нацеленный на сохранение инфицированных CD4 лимфоцитов и других
зараженных клеток пациента на асимптоматической стадии течения ВИЧ-инфекции, является контрпродуктивным. Более предпочтительной видится стратегия, направленная на уничтожение
зараженных клеток на ранних стадиях инфекции, поскольку она
дает шанс справиться с латентностью течения ВИЧ-инфекции.
Полагаем, что организм пациентов с относительно ненарушенной
иммунной системой сможет избавиться от таких клеток (когда те
станут “видимыми” для иммунной системы)» [Yatvin et al., 1993].
Позже проблема латентно зараженных клеток в ВИЧ-инфекции
подчеркивалась в целом ряде работ [Rosok et al., 1997; Davey et al.,
1999; Roesch et al., 2012; Bullen et al., 2014; и др.] и на сегодня
большинством исследователей признается центральной для понимания патогенеза заболевания и его лечения, подтверждая теоретические выкладки Ятвина.
Первый опыт практического использования общей гипертермии для лечения ВИЧ-инфекции был проведен в 1990 г. У. Логаном и К. Алонсо, двумя врачами из Атланты. Пациенту (по другим
источникам, двоим или троим) с поздней стадией ВИЧ/СПИД и
саркомой Капоши проводилась экстракорпоральная гипертермия
до 42 °С продолжительностью один час. Оценки этого опыта сильно разнятся. Сами исследователи сообщали об одном пациенте,
продемонстрировавшем явный и долговременный положительный
ответ как в отношении опухоли, так и в отношении иммунного
статуса и вирусной нагрузки [Logan, Alonso, 1991]. Ятвин сообщает
46
о двух пациентах, участвовавших в исследовании, а общий результат оценивает как незначительный. Он полагал, что сил у подорванной иммунной системы таких пациентов оказалось недостаточно для того, чтобы использовать эффекты воздействия тепла на
зараженные клетки и активированного гипертермией противовирусного иммунного ответа.
Экспертный совет, образованный при Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний США специально для
оценки результатов эксперимента в Атланте, вынес отрицательное
решение, заявив, что «…по-видимому, нет никаких клинических,
иммунологических и вирусологических данных, свидетельствующих о пользе гипертермии при лечении ВИЧ-инфекции или саркомы Капоши». Более того, директор этого института, доктор Антонио Фаучи, в интервью «Нью-Йорк Таймс» высказал опасения,
что процедура может оказаться даже опасной, «…поскольку некоторые лабораторные эксперименты показывают, что температура
на самом деле повышает активность вируса вместо того, чтобы убивать его».
Таким образом, оценка экспертного совета поставила под сомнение и безопасность, и эффективность применения гипертермии для лечения ВИЧ-инфекции. Впрочем, это не стало препятствием для продолжения исследований сразу несколькими группами врачей и ученых, которые однозначно разрешили вопрос о
безопасности гипертермии уже не на основании данных «некоторых лабораторных экспериментов», но в результате клинических
исследований с участием нескольких десятков пациентов с ВИЧинфекцией и саркомой Капоши [Alonso et al., 1992, 1994; Steinhart
et al., 1996; Zablow et al., 1997]. Результаты каждого из этих исследований (последнее было инициировано Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США) свидетельствовали о
достаточной безопасности проведения общей гипертермии с достижением температуры ядра тела 42 °С на время до одного часа
пациентам с ВИЧ-инфекцией.
Кстати, применение общей либо регионарной гипертермии у
пациентов с ВИЧ-инфекцией и сопутствующими злокачественными образованиями продолжается и сегодня, подтверждая безопасность нагревания таких больных и эффективность гипертермии.
Так, недавно сообщалось об успешном применении комбинации
циторедуктивной хирургии, химиотерапии и гипертермии у пациента с ВИЧ-инфекцией и с агрессивной опухолью – перитонеальной мезотелиомой. Врачам удалось добиться 9-месячной полной
47
ремиссии, при этом не наблюдалось никакого отрицательного эффекта гипертермии на основные иммунологические и вирусологические маркеры течения ВИЧ-инфекции: количество Т-хелперов,
вирусную нагрузку, содержание вирусного антигена p24 в плазме
крови [Balestra et al., 2010].
Та часть упомянутого заключения экспертного совета, которая
касается неэффективности гипертермии при ВИЧ-инфекции, также не вполне соответствует действительности. По крайней мере,
описания работ К. Алонсо, которые и послужили поводом для создания совета, свидетельствуют об обратном.
В первом клиническом эксперименте Алонсо экстракорпоральная артерио-венозная общая гипертермия до температуры
42 °С продолжительностью 1 ч была применена для лечения ВИЧинфицированного пациента с резистентной прогрессирующей диссеминированной саркомой Капоши и уровнем CD4 менее 50. Выбор случая диктовался опытом применения гипертермии в онкологии. Регресс очагов саркомы был отмечен в течение 48 ч после
процедуры и достиг пика к шестой неделе, однако полного разрешения очагов саркомы не произошло. Три месяца после процедуры очаги саркомы оставались уменьшенными, уровень CD4 лимфоцитов возрос до 330 клеток/мкл, а из плазмы крови больного не
удавалось выделить и культивировать вирус [Logan, Alonso, 1991].
Опубликование данного клинического случая имело большой общественный резонанс в США и вызвало незамедлительные негативные комментарии со стороны специалистов фармкомпаний и
властных структур, что в итоге вынудило автора искать поддержку
у итальянских коллег.
В 1991 г. в итальянской клинике Clinica di Cura Citta в Павии
прошла первая фаза клинических испытаний гипертермии в лечении ВИЧ-ассоциированной саркомы Капоши. В ходе исследования десять пациентов с саркомой Капоши перенесли однократный
сеанс гипертермии с достижением температуры «ядра» организма
42 °С в течение 1 ч. Спустя 30 дней после гипертермии у пациентов отмечались одна полная и семь частичных ремиссий. К 60-му
дню у двух из семи пациентов с частичной ремиссией стали проявляться признаки прогрессирования опухоли. Случай полной ремиссии длился 120 дней. Маркеры активности ВИЧ упали у всех
ответивших на лечение пациентов, и ни в одном случае не было
отмечено активации ВИЧ. Также у всех пациентов разрешилась
волосатоклеточная лейкоплакия. Количество CD4 лимфоцитов осталось неизменным после вмешательства у восьми пациентов с ис-
48
ходным уровнем менее 60 клеток/мкл, в то время как у двух пациентов с исходным уровнем CD4 более 400 клеток/мкл наблюдался
существенный рост этого показателя после проведенной гипертермии [Alonso et al., 1992]. Последнее наблюдение вполне соответствует представлениям нашего коллеги Милтона Ятвина, которые
разделяем и мы: гипертермия способна принести наибольшую
пользу ВИЧ-инфицированным пациентам с сохранной иммунной
системой.
Дальнейшие исследования этой группы ученых были направлены на изучение долговременных последствий однократной перфузионной общей гипертермии (42 °С в течение 1 ч) у пациентов с
ВИЧ-инфекцией с диссеминированной формой саркомой Капоши
и выраженными нарушениями иммунитета. Несмотря на то что из
31 пациента двое умерли от вторичных осложнений (аритмия, кровотечение в ЦНС), у большинства из выживших (20 из 29) через
30 дней наблюдалась полная или частичная ремиссия, которая сохранялась в течение 120 дней после вмешательства у половины (14
из 29) пациентов. Долговременные последствия в виде регрессии
опухоли сохранялись у четырех из 29 пациентов и спустя год после
гипертермии. Сюда входил и один случай полной ремиссии в
течение 26 месяцев, характеризующийся полным отсутствием вирусной РНК в крови пациента (неопределяемая вирусная нагрузка)
и невозможностью выделить из крови и культивировать вирус. При
этом количество CD4 лимфоцитов у пациента с ремиссией выросло с 250 до 800 клеток/мкл.
Анализ данных пациентов, продемонстрировавших отсутствие
положительного ответа на лечение в ранние и средние сроки после
гипертермии, снова показывает, что к этой группе относятся
больные с сильно выраженной степенью иммунодефицита (менее
50 CD4 клеток/мкл в течение длительного периода времени)
[Alonso et al., 1994].
Справедливости ради следует сказать, что не все испытания
общей гипертермии в лечении ВИЧ-инфекции завершились столь
выраженными положительными результатами. Так, в исследовании
С. Эша с коллегами (среди которых был и М. Ятвин) две процедуры общей гипертермии до 42 °С в течение 1 ч проводились шести
пациентам со стадией СПИД, с наличием саркомы Капоши и высокими уровнями вирусной нагрузки. Непосредственно после гипертермии наблюдалась частичная регрессия очагов саркомы, которые, однако, приобрели прежние размеры спустя неделю у пяти
пациентов из шести. Влияние гипертермии на вирусную нагрузку
49
и количество CD4 клеток у таких пациентов, по замечанию авторов, было лишь кратковременным. Тем не менее явный положительный эффект гипертермии у пациентов с глубокой степенью
иммунодефицита, выразившийся в снижении частоты осложнений,
характерных для СПИД, высоких значениях индекса Карновского,
сохранении массы тела, отмечался на протяжении года. У четырех
пациентов, получавших антиретровирусную терапию, включавшую
ингибиторы протеазы, и демонстрировавших неполный вирусологический ответ на лечение, значимо улучшились показатели вирусной нагрузки и количества CD4 клеток [Ash et al., 1997]. Здесь
снова стоит отметить, что недостаточно выраженный эффект общей гипертермии можно связывать с глубокой степенью иммунодефицита у пациентов, участвовавших в исследовании. Но даже и
в этом случае правильнее было бы говорить о разной степени выраженности эффекта от гипертермии или о доле пациентов, у которых наблюдался значительный положительный эффект, но не об
отсутствии эффективности, как было сформулировано в заключении экспертного совета.
Поэтому неудивительно, что К. Алонсо, чьи исследования
оказались в фокусе внимания экспертного совета, в интервью газете «Лос-Анжелес Таймс» от 5 сентября 1990 г. назвал выводы совета нелепыми и заявил, что эксперты проигнорировали все предоставленные им свидетельства. Поскольку данные его и нескольких
других исследований уже приведены выше, можно самостоятельно
оценить степень объективности выводов упомянутого экспертного
совета.
Теперь на время оставим вопрос об эффективности клинического применения общей гипертермии для терапии ВИЧ-инфекции,
к которому мы вернемся в заключительной части этой главы для
обсуждения наших собственных результатов в этой области, и рассмотрим, какие биологические механизмы могут лежать в основе
теплового воздействия на течение ВИЧ-инфекции.
3.1. Патофизиологические предпосылки
и гипотезы теплового воздействия на течение ВИЧ-инфекции
3.1.1. Прямой противовирусный эффект общей гипертермии
Впервые вопрос о роли тепла в ВИЧ-инфекции исследователи
поставили при изучении вопроса о термотолерантности вируса иммунодефицита человека. Такие исследования проводились в 1980–
50
1990-х годах, сразу после открытия ВИЧ, с практической целью
выяснения возможности и оптимизации режима стерилизации
инструмента, дезинфекции растворов и пастеризации биологических сред и захватывали температурный диапазон от температуры
пастеризации (~60 °С) до температуры кипения. Однако в ходе работ было установлено, что инактивация вируса может эффективно
происходить и при более низких температурах.
В частности, в исследовании группы Мак-Дугала, инициированном Национальной ассоциацией гемофилии и рассматривавшем зависимость титра ВИЧ, содержащегося в жидких или сухих
биологических препаратах, от температуры и времени обработки,
было показано, что вирус иммунодефицита весьма чувствителен к
теплу. При температуре пастеризации (60 °С) около 90 % инфекционной активности вируса терялось за 32 мин обработки сухих
препаратов антигемофилических факторов, а в растворе такой уровень инактивации достигался за 24 с. На основании этих данных
были приняты рекомендации по термической обработке антигемофилических препаратов. Однако при более физиологической (для
человека) температуре в 45 °С для 90 % инактивации ВИЧ в растворе потребовалось уже более существенное время – около 3,3 ч
[McDougal et al., 1985]. Cегодняшний опыт общей гипертермии
высокого уровня, полученный нами за годы работы в Сибирском
НИИ гипертермии, подсказывает, что такие температура и время
экспозиции не являются практически и безопасно достижимыми у
человека.
Данные Мак-Дугала в принципе согласуются с результатами
экспериментов по термической инактивации ВИЧ, которые проводились в парижском Институте Пастера под руководством одного
из первооткрывателей вируса, Люка Монтанье. Было показано, что
для подавления активности ВИЧ достаточно получасовой обработки при 56 °С [Spire et al., 1985]. Через шесть лет сходные результаты получила еще одна группа исследователей [Tjotta et al., 1991]:
при температуре ≥42 °С и времени экспозиции ≥25 мин инактивируется приблизительно 25 % ВИЧ.
На основании процитированных работ можно сделать вывод:
свободный, не связанный с клетками вирус иммунодефицита человека может быть инактивирован при температурах пастеризации в
сухих и жидких средах. Но уровни термического воздействия, необходимые для существенного подавления свободного вируса в
плазме крови человека, являются практически сложно достижимы-
51
ми и опасными. Кроме того, следует учесть и критическое замечание уже упоминавшегося А. Фаучи, указывавшего, что даже при
возможности термической инактивации вирионов ВИЧ в крови
пациентов это не может являться решением проблемы терапии
ВИЧ-инфекции, поскольку сохраняющиеся в организме больных
инфицированные клетки, содержащие ДНК-копию провируса в
своем геноме, незамедлительно после прекращения гипертермии
начнут продукцию нового, совершенно не затронутого тепловой
обработкой поколения вирусов.
В связи с вышесказанным интересно обсудить математическую модель воздействия гипертермии на течение ВИЧ-инфекции,
связывающую показатели количества незараженных, латентно инфицированных клеток и активно продуцирующих вирус зараженных Т-хелперов с вирусной нагрузкой.
Модель представляет собой систему уравнений, описывающих
динамику количества CD4 клеток в связи с их «естественной» гибелью, вызванной инфекцией ВИЧ, гибелью, индуцированной гипертермией, термической инактивацией свободного вируса в плазме крови, а также восполнением числа лимфоцитов за счет активности тимуса [Pennypacker et al., 1995]. В качестве исходных данных
предлагалось рассматривать «идеального» пациента с изначальным
количеством Т-хелперов, равным 1000 клеток на 1 мкл3 крови, вирусной нагрузкой в 1 млн копий вируса на 1 см3 плазмы крови и
нулевым (на момент начала анализа) количеством латентно и активно зараженных клеток. Применяя предложенную модель и значения начальных данных, авторы показывают, что существенный
уровень гибели Т-хелперов, приводящий к иммунодефицитному
состоянию, достигается за 7–8 лет. Эти цифры вполне соответствуют наблюдаемым срокам прогрессии ВИЧ-инфекции до стадии СПИД. После этого в систему уравнений вводится фактор гипертермического воздействия при физиологической температуре в
42 °С продолжительностью 25 мин, который приводит к индуцированной теплом гибели приблизительно 25 % свободного вируса
[Tjotta et al., 1991]. Согласно этой модели, для того, чтобы обратить вспять процесс сокращения числа CD4 клеток, достаточным
будет снижение количества свободного вируса при ежедневном
прогревании пациента на 40 % в день, в то время как 20%-е
снижение вирусной нагрузки будет оказывать лишь минимальный
эффект.
Однако было бы ошибочным рассматривать воздействие общей гипертермии на организм инфицированного ВИЧ пациента
52
только как процесс термической инактивации свободных вирусов
в плазме крови. Ряд опубликованных работ, которые мы обсудим
далее, демонстрирует, что зараженные ВИЧ клетки более чувствительны к повреждающему действию тепла, чем здоровые неинфицированные лимфоциты, и гипертермия при 42 °С способна индуцировать их гибель. При включении этого фактора в предложенную математическую модель выясняется, что и 40%-е ежедневное
уменьшение популяции активно инфицированных клеток способно предотвратить снижение уровней Т-хелперов и обратить его
вспять, тогда как 20%-я гибель таких клеток под действием гипертермии (как и в случае со свободным вирусом) окажет малозаметный эффект на динамику этого показателя. Наконец, одновременное 20%-е ежедневное снижение и вирусной нагрузки, и числа
активно зараженных CD4 клеток также способно восстановить содержание Т-хелперов в периферической крови.
Авторы предложенной модели на основании своих данных делают вывод о неэффективности применения гипертермии для
борьбы с ВИЧ-инфекцией в связи с невозможностью проведения
подобных ежедневных терапевтических процедур под общей анестезией на протяжении месяцев или лет.
Отметим явные ограничения этой модели, на некоторые из
которых указывают и сами авторы. В частности, она совершенно
не учитывает роль реакций иммунной системы в динамике числа
Т-хелперов, в первую очередь действие цитотоксических лимфоцитов, способных распознавать и уничтожать активно зараженные
вирусом клетки, но также и синтез ряда цитокинов. Между тем
известна роль гипертермии в индукции синтеза некоторых противовирусных цитокинов и в активации функции цитотоксических
CD8 лимфоцитов. Кроме того, выбор начальных условий для модели представляется не вполне обоснованным как с точки зрения
современных клинических данных о течении ВИЧ-инфекции, так
и с позиции здравого смысла. Действительно, в нулевой момент
времени пациент может иметь вирусную нагрузку в миллион копий вируса на 1 мл, но не иметь при этом ни одной латентно или
активно зараженной клетки только в исключительно редком случае переливания ему больших объемов ВИЧ-инфицированной
крови. К сожалению, недостаточное владение формальным математическим аппаратом не позволяет нам оценить, насколько такой
произвольный выбор начальных данных мог повлиять на выводы,
следующие из применения этой модели.
53
3.1.2. Прямое цитоцидное воздействие гипертермии
на активно инфицированные ВИЧ лимфоциты
Как уже говорилось, зараженные вирусом иммунодефицита
клетки становятся гораздо более чувствительными к воздействию
тепла по сравнению с неинфицированными. Так, клетки Т-лимфоидной линии HUT78, зараженные ВИЧ-1, превращаются в популяцию, состоящую на 90 % из активно инфицированных клеток,
продуцирующих вирус и его белки на своей поверхности и обладающих повышенной чувствительностью к губительному воздействию высоких температур. За 10 ч экспозиции при температуре
42 °С инфицированные клетки гибнут полностью, в то время как
более половины незараженных клеток переживает такое термическое воздействие [Wong et al., 1991].
Авторы этого исследования также отметили важный факт синергического повреждающего воздействия на ВИЧ-инфицированные клетки высокой температуры и фактора некроза опухолей альфа (ФНО-а) – сигнального белка иммунной системы, вырабатываемого активированными макрофагами. Этот белок обладает рядом
биологических активностей, среди которых и селективная цитотоксичность в отношении клеток, инфицированных различными
вирусами, в том числе ВИЧ. Точные механизмы, определяющие
цитотоксический эффект ФНО, выяснены не до конца. Однако известно, что он способен защищать здоровые клетки и даже организм экспериментальных животных от воздействия высоких температур, ионизирующей радиации, гипероксигенации, химиотерапевтических препаратов и ряда других факторов, в основе действия
которых лежит образование супероксиданиона – повреждающей
активную клетку формы кислорода. Авторы полагают, что защитное действие ФНО-а заключается в индукции синтеза митохондриального фермента марганцевой супероксиддисмутазы, превращающей супероксиданион в перекись водорода.
При сравнении воздействия ФНО-а на незараженные и ВИЧинфицированные клетки HUT-78 обнаружено, что предварительная обработка здоровых клеток этим цитокином обеспечивала им
определенную степень защиты от теплового или радиационного
воздействия, а также индуцировала экспрессию «защитного» фермента марганцевой супероксиддисмутазы. В клетках этой же линии,
инфицированных ВИЧ, такой индукции не наблюдалось. В таком
случае, по мнению авторов статьи, инфицированные клетки должны быть более чувствительны к воздействию высоких температур,
радиации и прочих факторов, связанных с образованием суперок-
54
сиданиона, а ФНО-а не способен обеспечить им защиту, как это
происходит в здоровых клетках. Однако выяснилось еще более поразительное обстоятельство: предварительная обработка ВИЧ-инфицированных клеток ФНО-а еще и усиливала их чувствительность
к повреждающему действию тепла и радиации. После воздействия
ФНО зараженные клетки, подвергнутые гипертермии до 42 °С,
полностью погибали в течение 3 ч вместо 10 ч. Неинфицированные клетки в тех же условиях практически не теряли жизнеспособности. Таким образом, ФНО способен сенсибилизировать инфицированные клетки к воздействию окислительного стресса, каковым является и гипертермия [Wong et al., 1991].
Следует также отметить, что в данной работе ни предобработка клеток ФНО, ни гипертермия, ни ионизирующее облучение
клеток не приводили к росту инфекционного титра вируса. Также
не наблюдалось роста продукции вируса в клиническом испытании
ФНО-а у пациентов со СПИД-ассоциированным комплексом –
вероятно, в силу способности ФНО защищать незараженные клетки. Таким образом, комбинация общей гипертермии и воздействия
ФНО может оказаться безопасной и потенциально эффективной
для разрушения продуктивно инфицированных лимфоцитов человека, представляя собой еще один патогенетический механизм, определяющий эффект гипертермии при ВИЧ-инфекции.
Разумеется, гипертермия в сочетании с другими факторами
или без него не является «волшебной пулей», и многие вопросы ее
применения у ВИЧ-инфицированных пациентов требуют дальнейшего рассмотрения, а практическое применение – обдуманности и
осмотрительности.
В частности, существует ряд экспериментальных и клинических исследований, свидетельствующих, что коинфекция ВИЧ и цитомегаловирусом (ЦМВ) человека приводит к повышенной репликации ВИЧ в лимфоцитах (и моноцитах) и к более скорой прогрессии
заболевания. Сами вирионы ЦМВ в зараженных ВИЧ лимфоцитах
не образуются, там нарабатываются некоторые его ранние белки,
которые в комбинации с несколькими провоспалительными цитокинами способны не только усилить продукцию ВИЧ в активно
зараженных клетках, но даже реактивировать молчащий латентный
вирус иммунодефицита [Iwamoto et al., 1999]. При это следует помнить, что ЦМВ заражено от 60 до 90 % взрослого населения большинства стран мира. Авторы показывают, что применение гипертермии (2 ч при 42 °С) повышало активность генно-инженерной
конструкции на основе ВИЧ, моделирующей природный вирус, в
55
«условно зараженных» клетках вдвое. Дополнительная экспрессия
генов ЦМВ в них увеличивает этот показатель в 51,3 раза. В организме человека это означало бы увеличение продукции вируса в
25 раз. Разумеется, вывод для врачей и пациентов был неоптимистичным: тепло, как и другие стрессы, может усилить прогрессию
ВИЧ/СПИД за счет индукции белков теплового шока – ключевых
шаперонов, способных усиливать контроль вируса над клеткой
[Iwamoto et al., 1999].
При этом повышенная продукция ВИЧ в упомянутой работе
была однозначно связана с одновременным ростом содержания
ФНО в клетках, вызываемым и разносторонне контролируемым
гипертермией.
Проанализируем два исследования, выполненные в одно десятилетие, с противоположными выводами – за или против гипертермии в лечении ВИЧ-инфекции [Wong et al., 1991; Iwamoto et al.,
1999]. Касательно методики, мы полностью на стороне G.H. Wong:
эта работа более естественна, проста, и повторить ее, приложив определенные усилия, может любая кафедра клеточной биологии
классического или медицинского университета. Работа G.K. Iwamoto с соавторами использует более сложную и далекую от естественных условий методику – природный вирус там заменен искусственной генетической конструкцией, лишь в некоторых отношениях ведущей себя как вирус. Кроме того, моделируется несколько
искусственная ситуация ВИЧ/ЦМВ коинфекции пациента в комбинации с двухчасовой 42-градусной гипертермией. Непонятно,
когда она должна реализовываться, если авторы не планируют проводить терапевтическую гипертермию – что маловероятно, учитывая их отрицательные рекомендации? Сколько дней (или часов?)
будет идти повышенная продукция вируса после нагревания, чтобы иметь какой-то длительный эффект на прогрессию заболевания
у реальных пациентов?
Но главным идейным конфликтом этих работ является вопрос
об общем подходе к лечению ВИЧ-инфекции – постоянно подавлять репликацию вируса или (дозированно и контролированно)
активировать его, уничтожая посредством этого ВИЧ-инфицированные клетки. Первая концепция в полной мере соответствует
принципам современной антиретровирусной терапии (АРТ), предлагаемой пациентам на определенной стадии заболевания. Все существующие на сегодняшний день препараты АРТ направлены на
угнетение работы вирусных ферментов либо на блокирование связывания вируса с клетками-мишенями. Такая терапия способна
56
снизить вирусную нагрузку, но практически не направлена на
борьбу с клеточным резервуаром, в котором персистируют вирусы.
Несколько упрощая картину, можно сказать, что у ВИЧ-инфицированного пациента примерно 1 % клеток из Т-хелперов являются
носителями провируса ВИЧ, т. е. зараженными. В то же время
лишь 1–3 % из зараженных CD4 клеток активно инфицированы,
продуцируют вирусные белки и частицы и могут быть обнаружены
и уничтожены цитотоксическими лимфоцитами иммунной системы [Rosok et al., 1997]. Антиретровирусная терапия может с высокой вероятностью снизить до очень низкого уровня заражение новых, здоровых клеток, но ничего не способна поделать с латентным
клеточным резервуаром.
Латентно инфицированные клетки с определенной частотой
реактивируются под действием случайных и неслучайных факторов, начиная продукцию вируса. Альтернативой пожизненному
применению АРТ предлагается принудительная реактивация большого числа латентно инфицированных клеток с последующим их
уничтожением иммунной системой пациента. При этом второй
подход не исключает, а скорее, включает в себя применение АРТ,
по крайней мере на определенных этапах лечения. В частности, разумным представляется блокирование заражения неинфицированных клеток препаратами АРТ на период принудительной реактивации латентно зараженных клеток. В своем теоретическом обзоре
1991 г. М. Ятвин рассматривал научные и клинические предпосылки комбинированной терапии ВИЧ-инфекции, способной включать
в себя общую гипертермию, проникающую радиацию, антиретровирусную терапию, трансплантацию костного мозга, использование
термочувствительных липосом, заряженных противовирусными соединениями, и основанный на гипертермии (в комбинации с некоторыми цитокинами – ФНО, гранулоцит-макрофаг колониестимулирующим фактором и интерлейкином-6) подход, направленный
на реактивацию латентно инфицированных клеток [Yatvin, 1991].
Теоретическая разработка альтернативных подходов, направленных на борьбу с ВИЧ-инфекцией, получила особый толчок к
развитию ко второй половине 1990-х годов, когда эпоха больших
надежд, связанная с введением в практику высокоинтенсивной антиретровирусной терапии (ВААРТ/HAART – highly active antiretroviral therapy), сменилась периодом глобального кризиса и стало
ясно, что, несмотря на достигнутые успехи, эпидемия набирает
обороты.
57
В частности, несколько достоверных клинических исследований продемонстрировали, что ВААРТ имеет ряд существенных
недостатков и ограничений. Одним из них является быстрый возврат уровня виремии даже при кратковременной отмене фармакотерапии. В исследовании R.T. Davey с соавторами показано, что
у иммунологически сравнительно сохранных пациентов (>350 CD4
лимфоцитов/мкл) с полным подавлением вирусной репликации
(нулевая вирусная нагрузка) в течение одного года применения
ВААРТ при отмене терапии заметная виремия в плазме крови обнаруживалась уже через 1–2 недели и вскоре достигала значений
выше 5000 копий/мл [Davey et al., 1999] (рис. 7). Именно в связи с
этим свойством АРТ, согласно большинству используемых протоколов, будучи начатой, применяется пожизненно.
Еще одним лимитирующим фактором антиретровирусной терапии являются высокая частота и тяжесть побочных эффектов.
Так, J.-P. Viard с соавторами отмечают: «Все труднее и труднее
представить анти-ВИЧ терапию как лечение в течение всей жизни
пациента из-за таких побочных эффектов, описанных во многих
исследованиях, как липодистрофия (отмеченная в нашем исследовании у почти 60 % больных), метаболические расстройства, повышенный риск сердечно-сосудистых расстройств, митохондриаль-
Рис. 7. Возврат уровня виремии у 18 пациентов при прерывании
ВААРТ, из [Davey et al., 1999].
58
ных повреждений и нарушение качества жизни. Другими словами,
неудобства очень длительного лечения могут перевесить выгоды
поддержания высокого уровня CD4, притом что через 2–4 года
лечение не приводит к значимому снижению вирусной нагрузки.
В итоге приведенные данные показывают, что HAART не влияет
на вирусную нагрузку после 3-го года применения, и подтверждают, что уровень CD4 незначительно отвечает на терапию уже после 18 месяцев. Основываясь на данных наблюдениях, мы ставим
под вопрос выгоды пожизненного применения HAART при ВИЧинфекции» [Viard et al., 2004].
К вышеуказанным осложнениям следует прибавить анемии и
расстройства крови [Yazdanpanah et al., 2003; Feldt et al., 2004], патологии костей [Mora et al., 2001; Begovac et al., 2002], онкологические заболевания [Collazos et al., 2002; Crum et al., 2002; Moore et
al., 2002; Moussa et al., 2004], серьезные нарушения функции печени [Law et al., 2003; Eholie et al., 2004; Patel et al., 2004], неврологические и психические расстройства [AIDS Alert, 2003].
Кроме того, при различных режимах антиретровирусной терапии у определенной доли пациентов не достигается полного и стабильного подавления вирусной репликации. В частности, при лечении комбинацией ненуклеозидных (эфавиренз и невирапин) и
нуклеозидных (ставудин и ламивудин) ингибиторов вирусной обратной транскриптазы доля пациентов с отсутствием иммунологического ответа, выражающегося в менее чем десятикратном снижении вирусной нагрузки в первые 12 недель лечения, превышает
или приближается к 50 % [van Leth et al., 2004].
Наконец, важным аргументом, ограничивающим успех антиретровирусной терапии, является неполное восстановление функций иммунитета, встречающееся при современных схемах АРТ
приблизительно у 20 % пациентов [Gaardbo et al., 2012]. У таких
пациентов, называемых иммунологическими нереспондерами, не
достигается полноценного восстановления числа и функции CD4
лимфоцитов, несмотря на эффективное подавление виремии ВИЧ
с помощью АРТ. У пациентов с неполным иммунным ответом наблюдаются нарушение иммунных функций, включая недостаточную продукцию и ненормальное функционирование клеток лимфопоэтической ткани, измененные количества регуляторных клеток
иммунной системы (регуляторных Т-клеток и Т17 лимфоцитов),
повышенная иммунная реактивность, старение и апоптоз клеток
иммунного ряда. Клинически это выражается в более тяжелом течении заболевания и повышенном риске смертности по сравнению
59
с пациентами с адекватным восстановлением функций иммунитета
на фоне АРТ [Gaardbo et al., 2012].
3.1.3. Реактивация «молчащего» провируса
в латентно инфицированных лимфоцитах
Известно, что одним из основных препятствий на пути лечения ВИЧ-инфекции является сохранение популяции латентно
инфицированных клеток (прежде всего CD4 лимфоцитов), доля
которых у большинства пациентов очень невысока, но которые,
во-первых, незаметны для иммунной системы, поскольку в них не
происходит активной продукции вируса и, соответственно, экспрессии вирусных антигенов («заметных клеткам иммунитета»), а
во-вторых, вирус в них способен начинать продукцию новых инфекционных частиц (реактивироваться) и вызывать очередную волну виремии у пациентов даже при подавленной с помощью препаратов АРТ вирусной репликации. Реактивация латентного провируса в физиологической ситуации происходит в процессе активации
покоящихся Т-клеток – иммунной реакции, включающей в себя
взаимодействие Т-клеточного рецептора с антигенным пептидом,
связанным с антигеном главного комплекса гистосовместимости.
Такая активация конкретных Т-клеток играет важную роль в процессе иммунного ответа у человека. Но глобальная активация
Т-клеток, случающаяся в некоторых патофизиологических состояниях (например, при попадании бактериальных липополисахаридов в кровь), является токсичной для Т-клеток и особенно опасна
для ВИЧ-инфицированных пациентов.
Таким образом, одним из исследуемых сегодня подходов к экспериментальной терапии ВИЧ-инфекции является поиск средств,
способных реактивировать латентность провируса ВИЧ без общей
активации Т-клеток. Такая фармакологическая индукция транскрипции ВИЧ в латентных клетках ведет к уничтожению зараженных
клеток цитотоксическими лимфоцитами или к спонтанной гибели
первых в результате цитопатического эффекта ВИЧ (об обоих механизмах сказано выше). На сегодня известно несколько факторов,
прерывающих латентность, среди которых препараты-ингибиторы
гистоновых ацетилаз, уже применяющиеся в клинике, но для терапии онкологических и нейродегенеративных заболеваний, а не вирусных инфекций. Кроме того, к веществам, обладающим указанной активностью по отношению к латентно инфицированным клеткам вне организма человека, in vitro, но с разными механизмами
действия, относится ряд соединений, пока проходящих исследова-
60
ния (дисульфирам, простратин, бриостатин-1, ингибитор JQ1, ингибиторы протеинкиназы С типа форболовых эфиров). К сожалению, исследованные вещества не обладали необходимой фармакологической активностью в организме человека. Некоторые из них
имели способность реактивировать латентность в клеточных моделях in vitro, однако не проявляли такое действие в организме человека при проведении клинических испытаний. Другие, способные
эффективно реактивировать латентность (форболовые эфиры), вызывали также и нежелательную токсическую общую иммунную активацию в организме пациента. Наконец, ни одно из испытанных
средств, реактивирующих латентность, пока не продемонстрировало способности уменьшать популяцию латентно инфицированных
клеток у ВИЧ-инфицированных пациентов – а именно это и является целью применения этого подхода [Bullen et al., 2014].
Между тем способность гипертермии вызывать реактивацию
латентности в хронически зараженных ВИЧ клетках в условиях in
vitro известна с 1990-х годов, а механизмы этого воздействия продолжают изучаться до настоящего дня, хотя достаточного внимания исследователей и клиницистов эта тема, к сожалению, не получила. В частности, было показано, что 15-минутный тепловой
шок до 42 °С способен реактивировать экспрессию так называемого «репортерного» (т. е. легко детектируемого) гена хлорамфениколаминтрансферазы, находящегося под управлением промотора
ВИЧ (вирусного длинного концевого повтора), искусственно помещенного в клетки линий Rat-2TK методами клеточной инженерии [Geelen et al., 1988]. Полученные клетки представляют собой
упрощенную модель латентности ВИЧ, поскольку в отсутствие
специальных стимулов промотор ВИЧ неактивен и экспрессии репортерного гена не происходит. Авторы продемонстрировали, что
кратковременная гипертермия до 42 °С вызывает реактивацию и
пятикратное увеличение экспрессии спустя 20 ч после вмешательства. Такая роль гипертермии объясняется клеточным стрессом и
синтезом в клетке белков теплового шока [Geelen et al., 1988].
О возможной роли этих белков клетки в ВИЧ-инфекции мы будем
говорить позже. В целом способность разных видов стресса реактивировать латентность различных вирусов неплохо изучена, что и
послужило указанием авторам.
Влияние гипертермии на реактивацию латентности ВИЧ было
продемонстрировано и в другой работе с использованием более
физиологически релевантной модели – хронически инфицированных ВИЧ моноцитарных и лимфоидных культур клеток, использу-
61
ющихся для изучения латентности. Авторы продемонстрировали
крайне слабую экспрессию вируса в таких клетках при температурах от 36 до 41 °С, в то время как 20-минутный (и более продолжительный) тепловой стресс при 41,6 °С и выше приводил к 2–6кратному росту активности вирусной обратной транскриптазы, начинающемуся на 2–3-й день после вмешательства, достигающему
пика на 5-й день и возвращающемуся к исходному уровню через
7 дней. Любопытно, что для разных линий клеток была характерна
своя оптимальная температура для реактивации латентности вируса. Также в обработанных теплом клетках начинали появляться вирусные белки – основные мишени для цитотоксических лимфоцитов иммунной системы, полностью отсутствовавшие в непрогретых
клетках. Кроме того, из латентно инфицированных клеток после
прогревания начинали отпочковываться инфекционные вирусы
[Stanley et al., 1990]. Кстати, последний факт указывает на целесообразность сочетания гипертермии как фактора, прерывающего латентность, с кратковременной антиретровирусной терапией для инактивации таких появляющихся вирусов при клиническом применении гипертермии. Любопытен и еще один факт: отсутствие
реактивации при температурах ниже 40,5 °С можно было вызвать
дополнительной обработкой клеток двумя цитокинами – гранулоцит-макрофаг колониестимулирующим фактором (ГМКСФ) и интерлейкином-6, но не фактором некроза опухоли или интерлейкином-1b. Авторы связывают реактивацию латентности, в частности,
с действием белков теплового шока, образующихся при гипертермии
в латентно зараженных клетках [Stanley et al., 1990]. В некотором
смысле курьезными, с точки зрения исторической перспективы, являются клинические выводы из этой работы, одним из соавтором
которой является уже упоминавшийся противник применения гипертермии для лечения ВИЧ-инфекции д-р А. Фаучи. Авторы опасаются подъема виремии за счет описанного ими синергического
действия слабого тепла и цитокинов при слабой лихорадке по причине оппортунистических инфекций у ВИЧ-инфицированного пациента и в то же время совершенно закрывают глаза на положительные эффекты высокотемпературной гипертермии в деле реактивации латентности, которая сегодня ставится во главу угла как
перспективный подход к лечению ВИЧ-инфекции, о чем мы писали ранее.
Впрочем, сложно ставить исследователям в вину их особый
«угол зрения», если, например, в работе Реша с соавторами «Гипертермия стимулирует репликацию ВИЧ-1» (Институт Пастера,
Франция), выполненной в 2012 г., спустя 20 лет после предыдуще-
62
го исследования, фокус внимания опять сдвинут на потенциальные отрицательные эффекты температур фебрильного диапазона
(37,5–40 °С) на течение ВИЧ-инфекции, а не на положительные и
до сих пор слабо изученные эффекты теплового шока (41,8–44 °С)
[Roesch et al., 2012]. Тем не менее даже в этом низкотемпературном диапазоне гипертермия положительно влияла на реактивацию
латентности. Впрочем, одной гипертермии низкого уровня не хватало, чтобы реактивировать молчащий провирус в линии клеток
J-Lat 10.6, специально созданной для изучения механизмов латентности ВИЧ-1 (2 % реактивации как при 37 °С, так и при 39,5 °С).
Добавление к клеткам этой линии среды, в которой культивировались лейкоциты человека, дополнительно стимулированные вызывающим иммунную активацию веществом класса форболовых эфиров
(биологи называют такую среду кондиционированной), вызывает
умеренную реактивацию (около 20 %). Она, вероятно, происходит
под действием смеси иммунно активных молекул (цитокинов и
пр.), которые выделяются лейкоцитами человека при иммунной
активации, и, по-видимому, в той же мере, как наблюдали авторы
этого исследования «в пробирке», это может происходить и в организме пациента. Очень умеренная гипертермия, связанная с подъемом температуры в этом эксперименте с 37 до 39,5 °С, увеличивает частоту реактивации вдвое [Roesch et al., 2012].
На основе описанных выше экспериментов можно говорить о
наличии еще одного патофизиологического фактора, определяющего роль гипертермии в терапии ВИЧ-инфекции: способности реактивировать латентный провирус в покоящихся лимфоцитах, что дает врачу возможности, принципиально не доступные для антиретровирусной терапии (и хорошо дополняющие ее). Отметим, что
достижение высокотемпературной гипертермии (42 °С и выше),
исходя из описанных опытов, является немаловажным фактором
для реактивации латентности.
3.1.4. Возможная роль белков теплового шока в ВИЧ-инфекции
Белки теплового шока (БТШ) образуются в клетке в большом
количестве в ответ на стресс, в том числе гипертермию, и функционируют как шапероны – специальные функциональные белки,
способствующие правильному свертыванию третичной структуры
прочих белков и препятствующие их внутриклеточной агрегации.
Кроме того, они играют важную роль в механизмах врожденного и
приобретенного иммунитета. Внеклеточные БТШ стимулируют
продукцию цитокинов дендритными клетками. Белки теплового
63
шока усиливают презентацию связанных с ними пептидов дендритными клетками и другими антиген-презентирующими клетками, в
связи с чем их предлагается использовать в качестве адъювантов
при разработке вакцин [Roesch et al., 2012]. Кстати, благодаря этому свойству БТШ, можно ожидать, что и вирусные антигены будут
более эффективно презентироваться и вызовут более сильный противовирусный ответ цитотоксических лимфоцитов, уничтожающих
зараженные вирусом клетки.
Механизмы, лежащие в основе противовирусных эффектов гипертермии, сложны и пока далеко не поняты. Тепловое воздействие активирует различные клеточные сигнальные пути, как связанные с действием факторов теплового шока (HSF), так и независимые. Это может препятствовать вирусам в том, что для них
типично, – эксплуатации клеточных механизмов для своих нужд.
Одним из примеров можно считать взаимодействие HSF с сигнальным путем активации ядерного фактора kB (NFkB). Другим механизмом, определяющим противовирусный эффект гипертермии,
может быть интерфероновый ответ. Например, известно, что тепловой шок, так же как и интерфероны α и β, индуцирует экспрессию 2',5'-олигоаденилатсинтетазы – фермента противовирусного
интерферонового ответа, подавляющего синтез белка за счет активации латентной эндорибонуклеазы. Кроме того, шаперон Hsp90,
как выясняется, регулирует активность еще двух важных факторов
интерферонового ответа – интерферон-регулирующего фактора 3
(IRF3), являющегося важным транскрипционным регулятором
противовирусного иммунного ответа и запускающего экспрессию
IFN I и других генов интерферонового ответа, а также eIF2-киназы PKR, индуцируемой двухцепочечной РНК [Santoro et al., 2010].
Существует ряд научных данных, указывающих на связь репликации ВИЧ и белков теплового шока, в частности Hsp27 и
Hsp70. Последний, как известно, включается в состав вириона
ВИЧ-1 и может взаимодействовать с вирусным вспомогательным
белком Vpr. Также известно, что Hsp70 и Hsp40 могут регулировать
активность вспомогательного вирусного белка Nef. Установлено,
что белок Hsp90 и транскрипционный фактор теплового шока
HSF-1 повышают уровень транскрипции ВИЧ-1 [Rawat, Mitra,
2011]. В недавней работе Реша с соавторами отмечено, что стимуляция экспрессии ВИЧ-1 при фебрильной гипертермии (39,5 °С)
напрямую связана с активностью белка теплового шока Hsp90 и
подавляется химическими ингибиторами этого белка, что однозначно подтверждает его роль в регуляции промотора ВИЧ-1 при
64
гипертермии [Roesch et al., 2012]. Наконец, результаты последних
исследований [Anderson et al., 2014] показывают, что именно этот
белок теплового шока контролирует состояние латентности ВИЧ,
и повышение его количества приводит к реактивации латентного
провируса в покоящихся CD4 лимфоцитах при гипертермии, в то
время как ингибиторы этого белка, наоборот, подавляют реактивацию. Это вполне согласуется с нашими представлениями, что гипертермия может служить важным инструментом для реактивации
латентно зараженных клеток с последующим их уничтожением цитотоксическим клеточным ответом (который также может стимулироваться благодаря белкам теплового шока).
Еще одним важным свидетельством в пользу роли белков теплового шока в контроле над ВИЧ-инфекцией являются данные из
Института вакцин и генной терапии (Флорида, США). Группа ученых изучала когорту так называемых элитных контроллеров – редких (около 1 %) пациентов с ВИЧ-инфекцией, чья иммунная система с самого начального момента острой инфекции оказалась способной поставить репликацию вируса под свой контроль. У таких
пациентов не обнаруживается виремии в плазме крови (>50 копий
на 1 мл) и не наблюдается прогрессии заболевания, что выражается в сохранении количества CD4 клеток на протяжении многих лет
после сероконверсии. Выяснилось, что у них обнаруживается повышенный уровень белков теплового шока в CD8 лимфоцитах и
клетках памяти. Любопытно, что у некоторых из элитных контроллеров, которые утрачивали способность контролировать вирус, снижалось и содержание белков теплового шока [Cameron et al., 2013].
Все приведенные данные явно указывают на роль белков теплового шока в контроле над ВИЧ-инфекцией, однако, как признают современные исследователи, роль гипертермии и БТШ в этом
вопросе еще недостаточно изучена.
3.2. Общее иммуностимулирующее влияние гипертермии
Общее стимулирующее влияние прогреваний на иммунную
систему пациента хорошо известно и задокументировано во многих исследовательских статьях и монографиях, поэтому в рамках
данной работы мы остановимся лишь на многообразии влияния
высокой температуры на механизмы иммунитета, оставляя в стороне молекулярные механизмы этих эффектов. С уверенностью можно говорить о том, что гипертермия улучшает презентацию антигенов, повышая таким образом активность дендритных и других
65
антиген-презентирующих клеток. Кроме того она вызывает стимулированный выход в кровоток лимфоцитов из лимфоидной ткани
с последующим их транспортом в области их непосредственной
функциональной активности. Гипертермия повышает цитотоксическую активность клеток – естественных киллеров, а также фагоцитоз макрофагов, продукцию антител лимфоцитами, стимуляцию
синтеза целого ряда цитокинов и пр. Среди них и повышенная
иммуногенность инфицированных клеток в результате теплового
шока, и повышенная продукция уже упоминавшихся белков теплового шока, являющихся важными регуляторами иммунного ответа [Baronzio et al., 2006].
Выше мы перечислили возможные патофизиологические механизмы, ответственные за противовирусные эффекты гипертермии. Здесь же вкратце изложен наш опыт применения общей гипертермии высокого уровня у пациентов с ВИЧ-инфекцией.
В 2009 г. Сибирский НИИ гипертермии в сотрудничестве с
профессором М. Ятвиным (Университет Портленда, Орегон) проводил специально разработанное клиническое исследование влияния общей гипертермии на ВИЧ-инфекцию. В исследовании участвовали 30 добровольцев, страдающих ВИЧ-инфекцией стадий III
и IVА (по классификации В. Покровского), никогда не получавших препараты антиретровирусной терапии и имеющих не менее
400 CD4 лимфоцитов/мкл крови на момент начала исследования,
что свидетельствует об относительной иммунологической компетентности участников исследования. Стадия III ВИЧ-инфекции на
момент начала исследования была диагностирована у 87 % пациентов (26 человек), стадия IVА – у 13 % (4 человека). Процедуры
общей гипертермии с достижением ядром тела пациента температуры ~43,0–43,5 °C проводились по следующей схеме: три процедуры с периодичностью одна процедура раз в 4–7 дней, четвертая
процедура через 8 недель после третьей, пятая процедура через
6 месяцев после четвертой процедуры. Участники не получали дополнительно никаких лекарственных препаратов на протяжении
всего исследования.
Влияние пиковой гипертермии на показатели клеточного иммунитета (количество Т-хелперов) и вирусной нагрузки исследовали после трех процедур, перед 4-й процедурой и перед 5-й процедурой. Также обращали внимание на субъективные ощущения
пациентов (в динамике между 3-й и 4-й процедурами). Практически все пациенты отмечали общее улучшение самочувствия, снижение утомляемости, повышение работоспособности и улучшение
66
аппетита. При объективном осмотре у 4 человек (стадия IVA) до
теплового лечения наблюдалось увеличение подмышечных лимфатических узлов до 1,5 см в диаметре, после проведенных трех процедур лимфоузлы уменьшились в размерах, а через 2 месяца пальпаторно не определялись.
Мы показали, что предложенная схема терапии ВИЧ-инфекции с помощью общей гипертермии ведет к значительному снижению вирусной нагрузки и существенному росту количества CD4
лимфоцитов у участников. Так, через 8 недель после первых трех
процедур гипертермии (перед проведением 4-й процедуры) у
27 участников (90 %) было отмечено более чем 90%-е снижение
вирусной нагрузки, а у остальных трех вирусная нагрузка была
снижена на 70–90 % (рис. 8, А).
Спустя примерно 200 дней после 4-й (и перед проведением
5-й) процедуры гипертермии более чем 90%-е снижение вирусной
нагрузки наблюдалось уже у всех, кроме одного пациента (см.
рис. 8, Б).
Показатели клеточного иммунитета (количество CD4 лимфоцитов) у пациентов также демонстрировали существенный рост и к
концу исследования (после 5-й процедуры гипертермии) были в
среднем на 45 % выше, чем перед его началом.
Что особенно примечательно, длительность периода ремиссии
у всех участников превышала 200 дней, что примерно в 20 раз больше, чем длительность ремиссии при прерывании антиретровирусной
терапии, изученная в работе Р.Т. Дэви с соавторами [Davey et al.,
Рис. 8. Снижение вирусной нагрузки у ВИЧ-инфицированных пациентов:
А – перед 4-й процедурой пиковой гипертермии; Б – перед 5-й процедурой
пиковой гипертермии.
67
Рис. 9. Длительность ремиссии:
А – после прерывания антиретровирусной терапии, из [Davey et al., 1999];
Б – после гипертермии (наши результаты).
68
1999]. Это различие наглядно продемонстрировано на рис. 9, где
приводится сравнение диаграмм динамики вирусной нагрузки и числа Т-хелперов у одного из участников нашего исследования с результатами группы Дэви (иллюстрация подготовлена М. Ятвиным).
Полные данные по показателям вирусной нагрузки и числа
Т-хелперов у участников исследования приводятся в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Количество CD4+ лимфоцитов в разные моменты эксперимента
Пациент
Перед процедурой № 1
После процедуры № 3
Перед процедурой № 4
Перед процедурой № 5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
642
546
765
524
608
502
698
478
578
502
488
438
402
486
698
408
568
522
498
564
604
446
508
602
464
672
527
498
564
618
560
480
692
498
546
468
664
423
514
492
457
402
396
425
645
396
522
498
422
513
598
421
481
587
432
628
511
467
587
676
686
585
890
594
698
520
748
567
692
684
612
512
575
668
715
472
602
648
534
582
626
596
630
678
691
715
774
584
642
724
712
764
982
786
796
642
804
744
808
912
794
668
814
981
726
713
834
764
788
897
741
814
864
755
912
822
792
765
862
912
69
Таблица 4
Вирусная нагрузка (копий РНК ВИЧ-I в мл сыворотки крови) у участников
в разные моменты исследования
Пациент
Перед процедурой № 1
После процедуры № 3
Перед процедурой № 4
Перед процедурой № 5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
91 000
65 000
12 000
42 000
88 000
8800
52 000
9400
32 000
67 000
100 000
110 000
74 000
37 000
52 000
74 000
210 000
55 000
36 000
8900
43 000
54 000
120 000
9300
32 000
110 000
32 000
540 000
94 000
270 000
76 000
43 000
8700
370
82 000
1200
8400
9300
5600
11 000
80 000
12 000
8800
880
12 000
9200
160 000
3100
830
7400
8800
6500
45 000
5600
31 000
18 000
26 000
32 000
61 000
72 000
320
720
1200
360
2300
410
910
850
2200
830
4100
5000
2400
870
3200
1100
5400
570
790
370
650
780
3200
2600
4200
9000
4600
7100
870
3200
310
530
460
320
3200
400
690
780
1200
440
2800
3200
960
560
980
760
2800
510
520
330
420
660
860
2400
520
580
1000
2400
460
2800
Таким образом, суммируя результаты нашего исследования,
можно сказать, что общая гипертермия высокого уровня оказывает
двойное влияние на течение ВИЧ-инфекции, одновременно существенно снижая виремию у инфицированных пациентов и стимулируя иммунитет (что выражается в значительном улучшении
70
показателей Т-хелперного звена клеточного иммунитета). Особенно важно отметить, что эти улучшения носят достаточно долговременный характер. В частности, в дополнительном исследовании,
проведенном с шестью участниками основного исследования, было
показано, что у троих из них вирусная нагрузка оставалась сниженной по сравнению со значением этого показателя до начала
основного исследования, у одного оставалась неизменной, и у двоих увеличивалась спустя 10 месяцев после пятой (последней) процедуры гипертермии. В другой группе из пяти пациентов – участников основного исследования – вирусная нагрузка оставалась
сниженной у четверых (и повышенной у одного) даже спустя
24 месяца после гипертермии.
В результате, можно полагать, что общая гипертермия способна предупреждать прогрессирование иммунодефицита, по крайней
мере, у существенной доли ВИЧ-инфицированных пациентов, таким образом обеспечивая профилактику СПИД. Разумеется, необходимо проведение дополнительных исследований, посвященных
комбинированной терапии ВИЧ-инфекции, включающей в себя
гипертермию, антиретровирусную терапию и, возможно, использование препаратов, способствующих прерыванию латентности, а
также и изучению молекулярно-клеточных механизмов положительного влияния гипертермии на течение ВИЧ-инфекции.
71
Глава 4
КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ОПГ
ПРИ ДРУГИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ
4.1. Инфекционные заболевания
Гепатит С
Принимая во внимание неудовлетворительные результаты лечения гепатита С с применением современных химиотерапевтических препаратов (тяжелая переносимость, возникновение лекарственной резистентности, нестабильность ответа на лечение), нами
был предложен метод кратковременной общей гипертермии высокого уровня (КОГВУ) для терапии вирусного гепатита С.
Среди 41 пациента, которым в общей сложности было проведено 92 процедуры КОГВУ по поводу гепатита С, было 29 мужчин
и 12 женщин. Возраст от 18 до 49 лет. Ни один из пациентов не
получал противовирусную терапию. В подавляющем большинстве
случаев гепатит С был сопутствующим заболеванием при вторичном иммунодефиците различного генеза, в том числе при ВИЧинфекции, хрониосепсисе.
Диагностика вирусного гепатита С основывалась на клинических, лабораторных данных и результатах ПЦР.
На примере пациентки П.В., 20 лет (больна около 1,5 лет) покажем динамику вирусной нагрузки после проведенных сеансов
КОГВУ.
При поступлении 03.05.04 вирусная нагрузка составляла
1,25⋅104 копий РНК HCV на 1 мл сыворотки.
Проведено три сеанса КОГВУ:
04.05.04 – первая процедура КОГВУ. Температура 43,5 °C,
экспозиция выше 43 °С – 4 мин. Через сутки после процедуры
вирусная нагрузка составила 1,1 ⋅ 103 копий.
06.05.04 – вторая процедура КОГВУ. Температура 43,5 °С,
время экспозиции выше 43 °С – 5 мин. Вирусная нагрузка через сутки – 7,2 ⋅ 102.
18.07.04 – третья процедура КОГВУ. Температура 43,4 °С,
время экспозиции выше 43 °С – 4 мин. Вирусная нагрузка через сутки – менее 200 копий/мл.
Уровень вирусной РНК в сыворотке методом ПЦР определяли
у 12 пациентов. Остальным 29 пациентам уровень РНК не определяли по техническим причинам.
72
Рис. 10. Динамика вирусной нагрузки.
Динамика вирусной нагрузки, подобная приведенной на
рис. 10, имела место и у других 11 пациентов. У одного пациента
(жен, Е.К., 18 лет) после трех сеансов КОГВУ (43,2–43,5 °C) вирусная нагрузка снизилась лишь незначительно.
К сожалению, большинство пациентов не соблюдают рекомендации о периодическом обследовании и выходят из нашего
поля зрения. Из 41 пациента этой группы мы имели возможность
наблюдения за состоянием в динамике только у 10 пациентов за
период до 7 лет. У всех 10 пациентов отмечалось улучшение общего состояния, нормализация функциональных показателей печени
и стабилизация на низких значениях уровня вирусной нагрузки.
Приведенные нами немногочисленные наблюдения позволяют
надеяться, что дальнейшие исследования по применению КОГВУ,
возможно в комплексе с антивирусными препаратами, могут существенно улучшить результаты лечения гепатита С.
4.2. Онкология
Интересующихся историческими вопросами применения гипертермических методов лечения в различных отраслях медицины
73
отсылаем к монографиям Ф.В. Баллюзека (2001, 2004), где предельно корректно рассказано о достижениях и сложностях (в том
числе немедицинского характера), с которыми столкнулись исследователи и врачи-гипертермисты как в России, так и за рубежом.
Интенсивное тепловое лечение (ИТЛ) у лиц с онкологической
патологией может быть использовано:
• во-первых, как противорецидивное лечение после радикального удаления опухоли;
• во-вторых, как циторедуктивная процедура, направленная на
перевод опухоли из нерезектабельного состояния в резектабельное
(применимо лишь для опухолей небольших размеров и не всех локализаций);
• в-третьих, как иммуностимулирующая процедура для обеспечения возможности дальнейшего проведения химио- и лучевой
терапии;
• в-четвертых, перед применением других методов воздействия
на опухоль для повышения чувствительности к ним злокачественных клеток.
Применение ИТЛ с целью предотвращения рецидивов
Подвергать пациента с большим объемом опухолевой (в том
числе метастатической) ткани интенсивному тепловому лечению
нельзя. Дело в том, что при распаде опухоли после такой процедуры очень высока вероятность развития эндогенной интоксикации,
справиться с которой бывает весьма сложно, а подчас и невозможно. Другое дело, если пациенту была проведена радикальная или
условно радикальная операция по удалению критической массы
опухоли. В этом случае остается очень высокой вероятность наличия микрометастазов, для подавления которых мы и применяем
интенсивное теплолечение. Использование химиотерапии малоэффективно и весьма тяжело переносится пациентом. Проводить
ИТЛ следует как можно раньше после операции. В нашей практике были случаи, когда мы проводили ИТЛ через 10–12 дней после
оперативного вмешательства. Приведем клинические наблюдения.
Мужчина, М.Н., 43 лет, поступил в клинику с диагнозом рабдомиосаркома большой грудной мышцы слева, состояние после частичного удаления опухоли, проведенного в январе 2003 г. В феврале 2003 г. было проведено два сеанса ИТЛ с подъемом t тела до
43,3 и 43,4 °С. В апреле 2003 г. проведена радикальная операция – удаление большой и малой грудных мышц слева, лимфаденэктомия подмышечных лимфоузлов. При гистологическом иссле-
74
довании обнаружен патоморфоз опухоли «неясного» генеза. В мае
2003 г. – два сеанса ИТЛ (t 43,3 и 43,4 °C). С тех пор два раза в
год проходит по одному сеансу ИТЛ. Последний раз в октябре
2008 г. Перед каждым сеансом проводится полное клинико-лабораторное обследование. Данных за метастазирование или рецидивирование нет. Других методов лечения не проводилось. Мужчина работоспособен.
Мужчина, К.В., 52 лет, поступил в клинику с диагнозом меланома глаза. В феврале 2004 г. проведена энуклеация. Два-три раза в
год проходил сеансы ИТЛ (t 42,8–43,1 °С). Перед каждым сеансом ИТЛ выполнялось полное клинико-лабораторное обследование.
Данных за рецидивы или метастазы нет. Продолжает работать
по специальности (инженер).
Мужчина, У.Д., 57 лет. Диагноз: рак желудка, III стадия. В апреле 2003 г. проведена субтотальная резекция желудка. Начиная
с мая 2003 г. по октябрь 2008 г. прошел 12 сеансов ИТЛ (t 42,7–
43,3 °C). Никакого другого лечения не получал. Последнее комплексное обследование в сентябре 2008 г. Данных за рецидивирование и метастазирование опухоли нет. Трудоспособен (водитель
такси).
Мужчина, Д.В., 54 лет. Диагноз: рак среднеампулярного отдела
прямой кишки, III стадия. В марте 2004 г. выполнена передняя
резекция прямой кишки. С июня 2004 г. по октябрь 2008 г. прошел 8 сеансов ИТЛ (t 42,9–43,5 °С). Последнее комплексное обследование проведено в сентябре 2008 г. (колоноскопия, КТ брюшной полости, забрюшинного пространства, грудной клетки). Данных за рецидив и метастазирование процесса нет.
Мужчина, К.Д., 29 лет. Диагноз: ангиоретикулосаркома голени,
гистологически подтвержден в январе 2003 г. С марта 2003 г.
начато проведение ИТЛ. В июле 2003 г. диагносцировано множественное метастатическое поражение легких и лимфоузлов
средостения. Проведена ТГТ на область основной локализации
опухоли (голень), суммарная доза 46 Гр. С марта 2003 г. по сентябрь 2008 г. проведено 23 сеанса ИТЛ (t 43,2–43,7 °С). В настоящее время пациент на инвалидности (III группа). Общее состояние удовлетворительное, в летнее время много ездит на
велосипеде. Прогрессирования метастатического поражения нет
(по данным КТ на сентябрь 2008 г.).
75
Мужчина, Р.Ю., 58 лет. Диагноз: рак почки с множественными
метастазами в легкие, диафиз плечевой кости (патологический
перелом). В июне 2005 г. – нефрэктомия. Наличие метастазов
определено в августе 2005 г. С сентября 2005 г. по октябрь
2008 г. прошел 12 сеансов ИТЛ (t 42,9–43,4 °C). Состояние стабильное. Инвалид III группы. Активно работает по дому. По
данным на октябрь 2008 г. признаков дальнейшего прогрессирования процесса нет.
Здесь приведено небольшое число клинических примеров, не
внушающих оптимизма ни по срокам, ни по качеству жизни. Мы
не тешим себя мыслью, что благодаря использованию ИТЛ добились полного излечения. Однако систематическое многократное
проведение ИТЛ позволило пациентам иметь довольно продолжительную (против статистики) и качественную жизнь.
Циторедуктивный эффект ИТЛ
Как выяснилось, не только химио- и лучевая терапия обладают циторедуктивным действием. Это же свойство присуще и интенсивному тепловому лечению. Три-пять сеансов предоперационного ИТЛ переносятся значительно легче, чем химио- и(или)
лучевая терапия, и позволяют сократить объем опухоли, что дает
возможность проведения оперативного вмешательства.
Ниже приводятся клинические наблюдения.
Женщина, И.Т., 63 лет. Диагноз: рак молочной железы T4d N0 M0
(классификация Н.М. Блинова, 1998 г.). В муниципальном онкологическом отделении больной было предложено проведение 4–
6 курсов полихимиотерапии с последующим решением вопроса о
возможности операции. От данного вида лечения пациентка отказалась. В мае 2003 г. проведено 5 сеансов ИТЛ с интервалом
между сеансами 5–6 дней (t 42,9–43,5 °C). После этого опухоль
значительно сократилась в размерах, что позволило в июне
2003 г. выполнить радикальную мастэктомию. Послеоперационный период протекал без осложнений. Пациентка наблюдалась
нами до 2007 г., проходя 1–2 сеанса ИТЛ в год. Состояние удовлетворительное, активно занимается домашним хозяйством.
Женщина, И.В., 44 лет. Диагноз: рак молочной железы T3 N1 M0.
От предложенной предоперационной телегамматерапии отказалась. Проведено 3 сеанса ИТЛ в сентябре 2004 г. (t 43,1–43,5 °С),
после чего формула опухоли изменилась (T1 N0 M0) и была выполнена радикальная мастэктомия. Два-три раза в год проводится
76
ИТЛ. Комплексное обследование в сентябре 2008 г. не выявило
рецидивов и метастазирования. Трудоспособна (администратор
крупного промышленного предприятия).
Мужчина, С.С., 43 лет. Диагноз: рак нижнеампулярного отдела
прямой кишки (аденокарцинома). Операция не была проведена изза нерезектабельности опухоли. Выполнено 3 сеанса ИТЛ (t 43,0–
43,3 °С), после этого без технических сложностей осуществлена
сфинктеросохраняющая резекция прямой кишки (май 2008 г.). Хотя время наблюдения пока невелико, налицо факт перевода нерезектабельной опухоли в резектабельную благодаря проведенным
сеансам ИТЛ.
Мужчина, М.В., 57 лет. Диагноз: рак предстательной железы
(аденокарцинома). В предоперационном периоде 3 сеанса ИТЛ
(t 42,9–43,2 °С). В июне 2004 г. выполнена чрезпузырная простатэктомия. При гистологическом исследовании операционного
материала опухоль не обнаружена. До- и послеоперационное гистологическое исследование выполнено одним и тем же патоморфологом. Обнаружены очаги склероза, мелкие очаги некрозов, что
расценено как постгипертермический патоморфоз. Пациент трудоспособен (менеджер среднего звена).
В операционном материале (четыре последних наблюдения) патоморфологи находили множественные некрозы, очаги склероза,
т. е. признаки патоморфоза, связанные, очевидно, с воздействием
ИТЛ.
Иммуностимулирующее действие ИТЛ
Мы имеем многочисленные наблюдения пациентов со стойкой лейко- и тромбоцитопенией, возникшими вследствие химиои(или) лучевой терапии. Часто эти осложнения плохо поддаются
традиционным методам коррекции, что вынуждает отказываться от
проведения необходимого лечения.
Выполнение 1–3 сеансов ИТЛ (t 42,0–42,7 °С) приводит к нормализации показателей крови и позволяет продолжить терапию.
Женщина, М.Н., 49 лет. Диагноз: рак легкого, множественные
метастазы в печень, тело 5-го поясничного позвонка, седалищную кость. Проведенные 4 курса ПХТ дали определенный стабилизирующий результат. При проведении 5-го курса выявлена
стойкая лейкопения (1,2 ⋅10 9) и тромбоцитопения (50 тыс.), не
позволившие продолжить ПХТ. Традиционные методы стимуляции гемопоэза эффекта не дали. Было проведено 2 сеанса ИТЛ с
77
интервалом в 6 дней (t 42,2–42,4 °С). На 4-е сутки после второго сеанса ИТЛ уровень лейкоцитов повысился до 4,9 ⋅10 9, а тромбоцитов – до 250 тыс., что позволило продолжить паллиативный курс ПХТ.
Тем не менее диагноз «рак» – это всегда «поздно»!
Какой же выход?
Все мы постоянно окружены мириадами бактерий и вирусов,
угрожающих нам инфекцией, которая способна нанести существенный ущерб здоровью и сократить срок жизни, если наш иммунитет ослаблен.
Хронические и нераспознанные инфекции отнимают много
лет активной жизни.
Существенный вред иммунитету наносит прием антибиотиков.
Их бесконтрольного приема не выдерживает никакая иммунная
система. Также вредит труд без отдыха и сна.
Пониженный иммунитет плохо отражается на внешности.
Это – шелушащаяся потрескавшаяся кожа, землистый цвет лица,
тусклые секущиеся волосы, ломкие слоящиеся ногти, плохая осанка, некрасивая походка, потухший взор, болезненное состояние
десен и зубов. Стремление отдохнуть в другой климатической зоне
со сменой часовых поясов и пищевого режима также здоровья не
добавляет и повышает риск возникновения онкозаболеваний.
Нет человека, который бы не боялся вероятности появления у
него рака. Как быть и что делать? Как быть человеку, которому хирургически «блестяще» удалили опухоль, но нет уверенности, что
метастазы не дадут о себе знать?
Великий французский хирург Рене Лериш (Leriche, 1879–1955)
считал, что болезнь – это драма в двух актах. Первый акт разыгрывается в тишине, при потушенных огнях и закрытом занавесе.
Когда что-то появляется и беспокоит, то, как правило, это уже
второй акт.
В последние годы благодаря бурному развитию молекулярной
биологии рака появились методы, позволяющие определить начало
возникновения в организме раковой клетки.
В любом организме постоянно появляются мутированные клетки с признаками злокачественности, поэтому у любого здорового человека (и некурящего в том числе) раковые клетки есть, и можно
их определить с помощью онкомаркеров. Во всяком случае, когда
уровень онкомаркеров повышен, появляется «онкологическая настороженность».
78
Ну вот, определили, – что делать? Как убрать эти незначительные клеточные злокачественные колонии, которые «не видятся» другими средствами диагностики?
Хирургия не годится – неизвестно, что «отрезать».
Лучевая терапия не годится – неизвестно, что облучать.
Химиотерапия – «облысеешь» и «испортишь кровь».
Что же остается? Повышать противораковый иммунитет под
контролем маркеров? Неплохо.
Но есть еще одно средство.
Это – кратковременная общая гипертермия высокого уровня, которая безопасна для пациента, убивает злокачественные клетки, где
бы они ни находились, повышает иммунитет, улучшает функцию жизненно важных органов и тканей и основательно санирует (очищает)
весь организм. Применять ее можно периодически, тем самым исключая саму вероятность появления рака.
4.3. Аллергология
Применение общей пиковой гипертермии (42–43,5 °С)
в терапии тяжелых форм атопической бронхиальной астмы
Известно, что особенностью медико-социальной ситуации нашего времени является неуклонный рост частоты иммуно-аллергологических заболеваний, в частности бронхиальной астмы (Волков В.Т., Стерлис А.К., 1996; и др.). Наши исследования, проведенные по программе «JSAAK» в 1996–1999 гг., подтверждают
подобное утверждение. Оказалось, что из 14 258 опрошенных сибирских школьников симптомы бронхиальной астмы (БА) были
зарегистрированы у каждого четвертого ребенка (25,6 %). Не удивительно, что по сводным статистическим данным российских и
зарубежных авторов частота БА среди взрослого населения составляет 5–7 %. При этом наблюдается тенденция увеличения тяжелых, гормонозависимых форм БА. Это свидетельствует о том, что
существующие в пульмонологии методы лечения БА, в которых используются современные фармакологические средства (антибиотики, гормоны, адреномиметики, муколитики, иммунокорректоры и
др.), недостаточно эффективны, потому что они воздействуют не
на основные патогенетические звенья БА, а только на конкретные
клинические проявления (симптомы) тяжелого общего заболевания организма. В связи с этим возросла актуальность пересмотра
многих положений сущности БА, стратегии и тактики лечения
больных БА, исключения «симптоматической» терапии клинических проявлений заболевания.
79
В этом плане перспективным направлением представляется
применение при лечении тяжелых, гормонозависимых форм БА
разработанной нами интенсивной медицинской технологии, базирующейся на реализации общей пиковой гипертермии (ОПГ) (42–
43,5 °С). Научно обоснованным доказательством целесообразности
применения ОПГ столь высокого уровня является установленная
способность искусственно индуцированного гипертермического
состояния форсированно разрушать и удалять из организма больного патогенетические факторы бронхоспазма и воспаления, купировать дисбаланс в иммунном статусе. В результате однократного
сеанса общей пиковой гипертермии уже через сутки происходит
купирование основных клинических проявлений БА, даже при тяжелых (осложненных) ее формах. Больные прекращают прием гормонов и других лекарственных препаратов.
За пять лет пролечено 28 больных БА различной степени тяжести, возраста и пола. У всех больных после теплового лечения
отмечено: купирование всех проявлений БА, нормализация параметров спирограммы, исключение необходимости приема гормонов, бронхолитиков и других фармакологических средств. Кроме
того, происходило достоверное положительное изменение показателей иммунного статуса и исчезновение аллергенов.
Перечисленные клинические критерии являются доказательством патогенетического воздействия ОПГ (рис. 11).
Рис. 11. Снижение содержания в крови аллергенов (А ) и иммунных
комплексов (Б ) у больного с бронхиальной астмой.
80
Таким образом, клиническими последствиями применения теплового способа лечения бронхиальной астмы являются:
• Быстрое купирование основных проявлений бронхиальной
астмы, даже при тяжелых (осложненных) ее формах.
• Эффективное разрушение и удаление из организма патогенетических факторов (ЦИК, аллергены, патоиммуноглобулины, патоолигопептиды), участвующих в развитии бронхиальной астмы.
• Быстрое восстановление функциональной способности легких, подтверждаемое спирографически.
• Устранение зависимости от гормональных препаратов.
• Устранение дисбаланса иммунной системы, возникающего
от применения гормональных препаратов.
• Возможность осуществления реабилитационного, внегоспитального этапа через 1 сутки после ОПГ.
Можно надеяться, что предлагаемый способ лечения БА найдет свое место в комбинации с другими вариантами лечения этого
заболевания.
4.4. Наркология
Купирование абстиненции у наркоманов
Абстинентный синдром является критическим, условно смертельным состоянием при отмене наркотиков у лиц с физической
(химической) зависимостью.
Известны способы лечения абстинентного синдрома, базирующиеся на многодневном (от 7 дней до 6 недель) применении
«снижающихся» доз заместителей наркотиков, больших доз гипнотиков, холинолитиков, адреноблокаторов, транквилизаторов и
симптоматической терапии [Рамхен, 1967].
Также известен способ лечения абстинентного синдрома у наркоманов [Морозов, Боголепов, 1984], в котором используют внутримышечное введение сульфозина, пирогенала, пироксена, хлористого кальция, тиосульфата натрия, унитиола и других средств,
повышающих температуру тела, которые сочетают с терапевтическими процедурами (сауна, ванны, души).
Недостатками этих способов лечения наркотического абстинентного синдрома являются:
– полипрагмазия, когда используются препараты симптоматической терапии;
– длительное, не менее 7 суток, преодоление страданий пациента – тревоги, стресса, возбуждения, слюнотечения, рвоты, поно-
81
са, болей в костях и суставах, тахикардии и других симптомов
«ломки»;
– не обеспечивается снятие физической зависимости, а лишь
облегчаются патологические проявления абстинентного синдрома;
– в последнем способе потенциальные возможности гипертермии реализуются лишь частично, хотя и применяются пирогенал и
температурное воздействие в виде ванн и душа.
Преимуществами ОПГ как способа купирования абстинентного синдрома у наркоманов являются:
1. Устранение проявлений абстинентного синдрома и физической зависимости тотчас после одного-двух-трех сеансов общей
пиковой гипертермии.
2. Исключение страдания наркомана во время купирования
абстинентного синдрома и после применения общей гипертермии.
3. Исключение полипрагмазии до и после применения ОПГ.
4. Клинически значимое снижение интенсивности психоэмоциональных, вегетативных и органных расстройств после купирования абстинентного синдрома.
В качестве примеров приведем следующие наблюдения из
практики.
Больной К., 21 год. Диагноз: опийная наркомания II стадии. Абстинентный синдром. Злоупотребление препаратами индийской
конопли. Вирусный гепатит (ремиссия). Марихуану употребляет
с 16 лет, опийные суррогаты внутривенно – с 18 лет. Максимальная суточная доза опия – 3,0 г сухого вещества с добавлением 150 мг димедрола. Поступил в отделение реанимации
24.09.97 г. Предпроцедурная подготовка за 1 ч до реализации способа: реополиглюкин 400 мл, 250 мл 10 % раствора глюкозы с витаминами (В6 5 % – 10 мл, С 5 % – 10 мл), панангин 20 мл.
Индукция в наркоз – кеталар 100 мг, интубация трахеи и ИВЛ
в режиме умеренной гипервентиляции с уровнем сатурации крови
100–96 % (пульсоксиметр «Сименс»). Температура в пищеводе
36,8 °С, ардуан – 4 мг. Общая анестезия поддерживалась на
уровне III/1 фракционным введением фентанила по 1 мл внутривенно. Согревание больного проводилось в ванне с водой (46 °С) в
темпе 1 °С за 3–5 мин. По достижении температуры в пищеводе 43,6 °С период согревания прекращен. Больной извлечен из
ванны. Внутривенно перелито 450 мл размороженной плазмы и
150 мл поляризующей смеси (10 % раствор глюкозы – 250 мл, калий – 14 ммоль, инсулин – 10 ед.). Через 4 ч после начала процедуры больной в сознании. Экстубирован. В первые и последующие
82
сутки не требовалось применения анальгетиков, седативных,
наркотиков и транквилизаторов. Субъективная оценка больного:
«Я не ожидал, что это будет так легко». Заключение нарколога:
«Симптомов абстиненции нет, быстро восстановлено психическое и соматическое состояния».
Больной Я., 26 лет. Диагноз: опийная наркомания II стадии.
Употребляет опиум с 1993 г. в максимальной (к настоящему времени) суточной дозе 8–10 г опия-сырца с добавлением 200 мг
димедрола. Эпизодически применяет героин, марихуану, кокаин.
Поступил в отделение реанимации 29.10.97 г. Предпроцедурная
подготовка: реополиглюкин 400 мл, хлористый калий 4 % раствор 20 мл, витамины В6 и С по 10 мл 5 % раствора. Индукция
в наркоз – кеталар 100 мг, после интубации трахеи ИВЛ в режиме умеренной гипервентиляции с уровнем сатурации 100–
96 %. Наркоз в стадии III/1 поддерживался фракционным введением фентанила по 1 мл, исходная температура в пищеводе
36 °С. Согревание проводилось в ванне с водой (46 °С) в темпе
1 °С за 3–5 мин. По достижении температуры в пищеводе
43,5 °С активное согревание прекращено. Больной извлечен из
ванны. Инфузия внутривенно 550 мл размороженной донорской
плазмы, 500 мл кристаллоидов с панангином (40 мл), хлористым
калием (4 % – 40 мл), в сознании через 4 ч после начала процедуры. Экстубирован. В первые и последующие сутки не требовалось
применять анальгетики, наркотики, седативные, транквилизаторы и другие психотропные средства. Субъективно больной
отмечает, что очень легко перенес абстинентный синдром, чего
никак не предполагал, ориентируясь на свой прошлый опыт. Заключение нарколога: «После купирования с помощью гипертермического способа опийного абстинентного синдрома клинические
особенности послепроцедурного периода отличаются быстротой
редуцирования абстинентных явлений, быстрым восстановлением
сна, вегетативных расстройств, нарушений психоэмоциональной
сферы и отсутствием влечения к наркотикам, слабой выраженностью болевого синдрома».
Резюме
Теплолечение эффективно для онкологической, вирусологической, аллергологической и наркологической практики, когда необходимо достичь некробиоза и апоптоза злокачественных клеток,
подавить инфекцию или разрушить парапротеины и патологические иммуноглобулины.
83
Кроме того, гипертермия борется с преждевременным старением всего организма.
Пути практического применения интенсивного теплового лечения при различных заболеваниях только намечаются, но уже
сейчас можно предположить их большое многообразие из-за универсальной возможности разрушать и модифицировать термонетолерантные биоструктуры.
84
Глава 5
СЕЛЕКТИВНОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ
ПАТОЛОГИЧЕСКИХ БИОСТРУКТУР
С ПОМОЩЬЮ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕФОЛДИНГА
5.1. Влияние высокой температуры и мочевины
на патологические термонетолерантные биоструктуры
и превращение их в субстрат для протеолиза
Итак, повторим, что при денатурации молекула белка «развертывается» и теряет способность выполнять свою биологическую
функцию. Денатурирующими агентами могут служить химические
и физические факторы. К химическим относятся кислоты, щелочи, легко гидратирующие соли, органические растворители, различные окислители. Наиболее распространенным химическим денатуратором белка в биохимии является мочевина. Физическими
факторами выступают действие высокого давления, многократное
замораживание и оттаивание, ультразвуковые волны, УФ-лучи, ионизирующая радиация. Но наиболее распространенным физическим денатуратором белка является температура.
Поскольку конформация белковой молекулы создается при
участии слабых типов связей, то она является подвижной, и белок
может изменять свою структуру. В зависимости от условий внешней среды молекула может существовать в разных конформационных состояниях, которые легко переходят одно в другое. Энергетически выгодными для реальных условий являются только одно или
несколько конформационных состояний, между которыми существует равновесие. Переходы из одного конформационного состояния в другое обеспечивают функционирование белковой молекулы. При изменении конформации часть слабых связей разрушается
и образуются новые связи слабого типа.
При денатурации возможны различные степени нарушений
строения белковой молекулы. Относительно мягкие денатурирующие агенты, например растворы мочевины, приводят лишь к некоторым изменениям в третичной структуре белковой глобулы, как
бы «расшатывают» ее. Нарушение ферментативной активности при
подобной денатурации может явиться следствием пространственного разобщения функциональных групп белковой молекулы, при-
85
нимающих участие в формировании активного центра фермента.
Обычно этот вид денатурации допускает восстановление первоначальной структуры белковой глобулы и – после ренатурации – возобновление ферментативной активности.
Таким образом, денатурация, при которой нативные белковые
молекулы переходят в лишенную биологической активности форму беспорядочно свернуто-развернутого клубка, не является необратимым процессом.
Денатурацию вызывает не только нагревание, но и химические
вещества, нарушающие связи вторичной и третичной структур, –
например, мочевина, которая в высоких концентрациях разрушает
водородные связи в белковой глобуле. При воздействии мочевины
на белок происходит разрушение внутримолекулярных водородных
связей в результате образования водородных связей с мочевиной.
Влияние мочевины на активность пищеварительных протеиназ
подробно изучалось М.П. Черниковым (1975), который добавлял
мочевину к ферментным растворам. Им было показано, что мочевина значительно повышает активность пепсина, трипсина и химотрипсина в расщеплении глобулярных белков. После обработки
субстрата мочевиной трипсиновый гидролиз белка возрастает почти в 1,5 раза, а химотрипсиновый – почти в 3,5 раза. Сами же протеазы обладают высокой устойчивостью к ее денатурирующему
действию.
Установлено, что денатурация белка может осложняться нарушением его ковалентной структуры. Такое явление возможно, например, при длительном воздействии мочевины в условиях высокой
температуры (происходит карбамилирование аминогрупп лизина).
Довольно часто наблюдается гидролиз амидных групп аспарагина
и глутамина (дезаминирование), расщепление остатков цистина с
образованием дегидроаланина. Подобные нарушения нативной
структуры белков препятствуют их ренатурации (Макурина О.Н.,
2007).
В экспериментах по денатурации некоторых глобулярных белков, пространственная структура которых уже известна, удалось
доказать, что в ходе этого процесса нативная форма превращается
в полностью денатурированную (развернутую), пройдя стадию промежуточного состояния. По всей видимости, такой механизм довольно широко распространен.
После определения структурных и термодинамических параметров переходов стало понятно, что промежуточная форма связана с функциональными свойствами биополимеров, в частности с
их ферментативной активностью. Рассчитав зависимость доступ-
86
ной площади поверхности S лизоцима, его ферментативной активности V и среднеквадратичной амплитуды смещения атомов цепи
<X2> от содержания мочевины, меняющей природную конформацию белка, нашли ту область ее концентраций, в которой фермент
находится в промежуточной форме (рис. 12). При концентрации
мочевины, превышающей 1 моль/л, даже довольно устойчивая к
денатурации молекула лизоцима начинает разворачиваться.
Исследований, свидетельствующих о реальном биологическом
воздействии мочевины как токсина, до сих пор не проводилось.
В естественных условиях у многих рыб наблюдается высокий уровень мочевины в крови. Так, у акул уровень мочевины в крови
может достигать 2,5 %, в то время как у других позвоночных этот
показатель не превышает 0,01–0,03 %. Полагают, что высокий уровень содержания мочевины в крови позволяет акулам поддерживать осмотический баланс с морской окружающей средой.
Рис. 12. Денатурация лизоцима под действием мочевины.
По мере увеличения концентрации мочевины глобула белка разворачивается,
о чем свидетельствуют снижение ферментативной активности V (1 ), рост
площади доступной поверхности S (2 ) и возрастание амплитуды смещения
атомов цепи <Х2> (3 ). При содержании мочевины 3–4 моль/л образуется
промежуточная форма (по: Баратова Л.А. и др., 1999.)
87
Известно, что мочевина – это эндогенный антиоксидант, т. е.
необходимый и важный компонент водной среды организма, препятствующий проявлению разрушительного действия активных
форм кислорода. Это позволило Ф.Ф. Кричевскому предположить,
что «…протекторные свойства мочевины при кислородной интоксикации являются продолжением ее естественных функций». Вероятно, именно антиоксидантные функции мочевины придают ей
свойства слабого радиопротектора. Дело в том, что активные формы кислорода являются радиомиметиками – веществами, действующими подобно ионизирующей радиации, поэтому, снижая их количество, мочевина ослабляет последствия радиационного поражения
организма. Но этим защитные свойства мочевины не ограничиваются, она также является денатуратором, увеличивающим способность клеток противостоять стрессорным воздействиям.
Таким образом, можно полагать, что наличие мочевины в водных средах организма служит постоянно действующим нормальным фактором регулирования многих физиологических функций.
Для лечения мочевину вводят как перорально, так и в виде
инъекций. Согласно данным Н.М. Артемова, для животного массой 1 кг смертельная доза мочевины, введенная внутривенно, составляет 6,31 г.
В водном растворе мочевина частично диссоциирует до цианата; предполагают, что именно с ним связана значительная часть ее
токсических эффектов. Симптомы интоксикации мочевиной (повышенная утомляемость, головная боль, рвота, кожный зуд, нарушение сна, гипотермия, повышение толерантности к глюкозе, кровоточивость) появляются, когда ее концентрация в сыворотке крови
достигает 33–50 ммоль/л (200–300 мг/100 мл). В высоких концентрациях мочевина повышает проницаемость цитоплазматических
мембран и чувствительность миокарда к калию.
Пероральное применение мочевины, хотя и не лишено побочных явлений, не вызывает каких-либо серьезных осложнений.
Больные принимают мочевину на сахарном сиропе четырьмя порциями по 20 г с промежутком в 30 мин (общее количество мочевины – 80 г). Чаще всего больные переносят прием мочевины вполне
удовлетворительно. У некоторых после приема появлялась головная боль, сухость во рту, тошнота, а у трех больных была рвота.
Через 3–4 ч после приема повышался остаточный азот крови (в
среднем до 80 мг%), который через 1–2 дня приходил в норму.
Кроме перечисленных, никаких других побочных явлений не отмечалось.
88
В то же время большое значение имеет постоянное выведение
мочевины почками. Можно отметить, что около 1 % экскреции
мочевины в норме идет через потовые железы, а при обильном потении этот показатель может увеличиться. Примерно 25 % суточной продукции мочевины диффундирует в кишечник, где разлагается бактериями с образованием аммиака и снова утилизируется.
При почечной недостаточности растет экстраренальное выделение
мочевины через кожу и слизистые кишечника и желудка. У здорового взрослого на обычной диете каждый день почками выделяется
25–35 г этого метаболита. Подчеркнем еще раз принципиальное
положение о малой токсичности карбамида. Воспринимаемая обыденным сознанием как яд (шлак), мочевина нужна организму, который толерантен к достаточно большим ее концентрациям.
У человека добавление мочевины в диализат, даже при концентрации выше уровня, обычно наблюдаемого у пациентов, направляемых на диализ, не показало какого-либо влияния на симптомы, связанные с уремическим синдромом. Более того, кинетическое поведение мочевины не дает представления о поведении других
известных нам уремических токсинов, в том числе растворимых в
воде соединений с низким молекулярным весом. Поэтому следует
признать, что мочевина не является уремическим токсином.
Лечебное действие мочевины при отеке мозга связано не только с осмотическим фактором, но и с полезной в этой ситуации
денатурацией и снижением гидрофильности белков мозга.
Итак, в 2–3М мочевине белок, как правило (заметим, что из
каждого правила есть масса исключений), еще не денатурирован,
но находится уже в «расслабленном состоянии» (relaxed conformation), когда некоторые его части потеряли свою структуру, а некоторые – еще нет. «Пограничное состояние» – уже не нативная
конформация и «фолдинг», но еще и не полная денатурация. Чуть
добавить мочевины – и пойдет полная денатурация, чуть разбавить – белок вернется в нативное состояние.
При денатурации белка сайты его расщепления, многие из которых были ранее спрятаны внутри глобулы или стереохимически
малодоступны для протеаз, экспонируются и становятся доступны
для протеаз (частично либо полностью). Этот же процесс происходит, хотя и в меньшей степени, в «полуденатурированной конформации». К тому же первичная протеолитическая атака сама по себе
способна обеспечить развертывание компактной структуры белкасубстрата и дестабилизовать его, тем самым открыв пути для действия других протеиназ.
89
Следует повторить, что необходимым условием продуктивной
протеолитической атаки является обратимое на первых порах раскрытие отдельных структурных элементов, частичная денатурация
белка-субстрата. Такое раскрытие возможно как результат внутренне присущей белковым структурам динамики, однако его вероятность резко возрастает в условиях, способствующих хотя бы временной, неполной денатурации белка. С другой стороны, протеиназы
«первой линии» атаки должны иметь достаточно устойчивую пространственную структуру, способную сохраняться в условиях, способствующих денатурации нестойких белков-субстратов.
Очень важно, что многие протеазы (если не абсолютное большинство) вполне способны «работать» и в «расслабленном состоянии», «полуденатурированными» – до тех пор, пока не денатурирован сам каталитический домен (и(или) центр связывания
субстрата). А поскольку этот центр способен образовывать комплексы с субстратом, то, как правило, в присутствии субстратов он
и является самым стабильным доменом протеазы – именно за счет
того, что комплексы стабилизируют его структуру. Поэтому протеазы часто сохраняют активность и при 45–50 °С (и выше), и в
3М мочевине. А так как у денатурированных белков все сайты расщепления экспонированы, то возникает широкое субстратное поле
для протеолиза.
Было установлено, что общее повышение стабильности протоплазматических белков снижает темп клеточного метаболизма, а
повышение их конформационной лабильности ускоряет метаболические процессы. Очень вероятно, что с этими обстоятельствами
связана более высокая термолабильность белков у быстро растущих клеток и тканей, а высокая стабильность протоплазматических белков приводит к переходу клеток в состояние покоя и повышает их теплоустойчивость.
По мнению М.Е. Лобашева (1947), повреждающие эффекты
контролируются уровнем метаболических процессов. При более высоком уровне обмена в клетке увеличивается чувствительность ее к
повреждению. Повышение обмена, связанного с поддержанием нативного состояния белков цитоплазмы в условиях крайних уклонений от оптимума, снижает резистентность клеток к внешним воздействиям и сужает их репарационные возможности. Организмы с
более низким уровнем метаболизма должны быть более устойчивы.
Если возникновение мутаций зависит от альтерации белков
цитоплазмы, то возникает вопрос: в какой мере уровень обмена
клетки, метаболические процессы влияют на чувствительность бел-
90
ков к обратимой альтерации, которая контролирует мутационный
процесс?
Разумеется, в этой области трудно привести прямые данные.
Но имеется много косвенных показателей зависимости мутационного процесса от уровня метаболических процессов и состояния
нативных белков. Так, одним из факторов, контролирующих действие агента на обратимую денатурацию белков, является уровень
метаболизма: чем выше последний, тем выше чувствительность
белков к альтерации (Лобашев М.Е., 1947). Установлено также, что
различия в теплоустойчивости клеток у разных видов связаны с
особенностями белковой структуры их протоплазмы (Ушаков Б.П.,
1967).
Для нас важно, что высокий метаболизм злокачественных клеток, а также макромолекулярные структуры быстро размножающихся вирусов и бактерий сопряжены с низкой термотолерантностью этих объектов.
Вместе с тем известно, что «химиопрепараты воздействуют не
только на опухолевые клетки, но и на здоровые. Особенно подвержены такому влиянию быстроделящиеся клетки (клетки крови и
особенно лейкоциты, клетки волосяных фолликулов, клетки слизистых оболочек и др.)». Считают, что «появление осложнений связано с тем, что химиотерапевтические противоопухолевые препараты “не различают” опухолевые и нормальные ткани и прежде всего
атакуют популяции быстроделящихся клеток (слизистая желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих путей, костный мозг)».
Также установлено, что быстроделящиеся клетки костного мозга или кишечника более чувствительны ко всем видам излучений.
Учитывая разную теплоустойчивость различных биомакромолекулярных соединений, можно предположить, что в одном и том
же температурном диапазоне степень денатурации термотолерантных и термонетолерантных структур различается (см. рис. 1).
Если сформулированное предположение справедливо и фактически подтверждается, то появляется возможность намечать области практического применения искусственного тепло-мочевино-лечения.
Как же протеиназы крови распознают дефектные, поврежденные, а также занесенные извне «чужие» белки микроорганизмов
или новоприобретенные «чужие» белки злокачественных новообразований?
Одним из кардинальных отличий «неродных» макромолекулярных структур являются их низкая толерантность к повреждаю-
91
щим факторам (pH, температура, мочевина и др.) и та сила кратковременного повреждающего фактора, которая вызовет легко
обратимую денативацию «родных», устойчивых белковых структур,
приведет к необратимому повреждению «чужих», неустойчивых
макромолекул. Далее в санитарную работу вступают протеиназы
крови, расщепляя эти патологические новоприобретенные структуры.
На этом этапе целесообразно подключение препаратов комплекса протеолитических ферментов, например препарата Вобэнзим
(Wobenzym), время введения и эффективные дозы которого требуют дальнейшего изучения для отработки лечебных схем.
Справедливо предположить, что сочетанное воздействие повреждающих факторов усилит повреждение. Учитывая синергирующее действие температуры и мочевины, видимо, можно добиться
желаемого повреждения (разрушения) термонетолерантных патологических биоструктур, используя более безопасные концентрации
и уровни денатураторов.
92
ПОСЛЕСЛОВИЕ
Каждую секунду в нашем организме рождается под влиянием
вредных факторов окружающей среды или нарушения обмена веществ до 100 мутированных злокачественных клеток, и постоянно
наша иммунная система находит их и уничтожает. Это происходит
в организме всех здоровых людей, т. е. является вариантом нормы.
Однако в ряде случаев защитная система нашего организма может
допустить ошибку и не заметить злокачественную клетку или защита может оказаться недостаточной. Такая клетка начинает усиленно делиться, и новообразованная колония «учится» защищаться
от Т-лимфоцитов, а впоследствии и «обманывать» организм, заставляя его усиленно себя кормить.
В последние годы, благодаря бурному развитию молекулярной
генетики рака, появились методы, позволяющие установить самое
начало возникновения в организме раковой клетки. Это определение в крови уровня онкомаркеров.
Когда уровень онкомаркеров повышен, появляется «онкологическая настороженность». Что в этой ситуации может предложить
онколог? Единственное – «понаблюдаем». Вот вам первый повод
для использования интенсивного теплолечения. Это будет действительная профилактика рака.
Другая ситуация. Пациента успешно оперировали по поводу
злокачественного новобразования. Хирурги сказали, что операция
«радикальная и нигде ничего не оставлено». Вот вам второй повод
для использования интенсивного теплолечения. Это будет действительная профилактика прогрессирования рака, т. е. противорецидивная терапия.
Третий повод для применения интенсивного теплолечения
возникает в случае ВИЧ-инфекции на стадии носительства, без
проявления иммунодефицита. Это будет действительная профилактика СПИДа. То же касается профилактики цирроза и рака печени
при инфицировании вирусами гепатита С и В.
Правительства многих стран направляют огромные средства
на лечение пожилых пациентов с хроническими болезнями. Этому
способствуют общее увеличение продолжительности жизни и постоянное удорожание затрат на медицинское обслуживание. Поэтому проведение действительной профилактики тяжелых заболеваний
93
может оказаться эффективным и с экономической точки зрения.
И все эти рассуждения стали возможными после появления безопасного метода общего перегрева тела человека. Поистине, прав
был Петр Леонидович Капица, утверждая, что «метод важнее результата».
94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из сказанного на предшествующих страницах трудно сделать
однозначный вывод. Следует все же подчеркнуть некоторые положения, которые позволят определить тенденции, намечающиеся в
настоящее время в исследовании влияния общего искусственного
перегревания теплокровного организма на болезненные состояния
в плане их лечения.
Под бесконечным разнообразием живых форм и их функционирования кроется одна основная единица, совокупность молекул,
служащая осуществлению роста, воспроизведения, движений, метаболизма, секреции, нервной передачи и т. д.
Неисчислимое множество составляющих живого организма
создано за счет макромолекул. Метаболизм, общий или клеточный,
находится под влиянием метаболизма ферментов, их синтеза и изменений физической конфигурации во время функционирования.
И до тех пор, пока не будет распознана пространственная (объемная), стереохимическая форма ферментных белков, останется неясным и частный механизм ферментативного катализа. «Макромолекулы не есть статичные молекулярные здания; пока живут, они
находятся в состоянии непрерывной изменчивости» [Поликар,
1969]. Огромное влияние на них оказывают разнообразные химические и физические свойства окружающей среды. Например, в
настоящее время имеется большой экспериментальный материал,
указывающий на важную роль конформационной динамики белковой глобулы в организации процессов электронного транспорта.
Под конформационной динамикой (или подвижностью) понимаются относительные смещения белковых групп с амплитудами,
заметно превышающими амплитуды валентных колебаний атомов.
Изменение характеристик валентных колебаний с характерными
временами порядка 0,1 пс и амплитудами до 0,1 Å происходит непосредственно в акте изменения электронного состояния групп.
В белках имеется еще один уровень организации атомных движений – конформационные движения с амплитудами порядка 1 Å.
Эти движения характеризуются временем (релаксации) от сотен до
миллионов пикосекунд. Время релаксации конформационных движений в отличие от валентных колебаний резко увеличивается при
понижении температуры и уменьшается при ее повышении. Так
как белковая глобула имеет очень маленький свободный объем и
средние расстояния между атомами не превышают 0,1 Å, то кон-
95
формационные движения происходят мелкими случайными шажками. Общая же амплитуда движения групп варьирует от долей до
нескольких ангстрем.
Роль конформационных движений пока неизвестна во всех деталях. С одной стороны, спонтанные тепловые движения белковых
групп по конформационным степеням свободы способствуют выходу системы в реакционноспособную конфигурацию. С другой
стороны, после акта переноса электрона появляются новые заряженные центры и изменяется баланс электростатических сил в молекуле белка. Это приводит к изменению равновесных положений
молекулярных групп, т. е. к определенному изменению пространственной структуры белка, или конформационному переходу. В новой конформации микроокружение отдельных групп в принципе
может существенно измениться, и, как следствие, изменится и их
реакционная способность. Тем самым создаются предпосылки для
регуляции и управления в цепи последовательных реакций.
Температура как мера скорости движения молекул определяет
уровень активности живых существ. В основе влияния этого физического фактора на жизнь лежит температурная зависимость скорости химических реакций, конформационных изменений биологических макромолекул, фазовых переходов липидов и т. д. Но это
справедливо до определенного уровня температуры, выше которого может происходить замедление процессов метаболизма, вплоть
до их остановки. Этот уровень различен для различных биоструктур и может обозначаться как величина (степень) устойчивости к
перегреванию. И поскольку многие болезнетворные факторы обладают меньшей устойчивостью к повреждающему воздействию тепла, это
может использоваться в лечебных целях.
Другим основным феноменом, привлекшим наше внимание,
является процесс «частичного протеолиза» с участием сериновых
протеиназ трипсиназного типа (замечательные исследования
Т.С. Пасхиной и Г.А. Яровой). Этим ферментам нет равных в устойчивости к повреждающим факторам, точнее в способности к
сверхбыстрому восстановлению своей структуры и функции после
повреждения. И поскольку сами они являются мощными «девитализаторами» в отношении белковых структур, в экстремальных состояниях они могут быть ответственны за появление и неуправляемое нарастание эндотоксикоза, в конечном итоге приводящего
организм к гибели. В какой-то степени это подтверждается тем
фактом, что с помощью блокады протеолиза устраняются и эндотоксикоз, и летальный исход. Этот феномен имеет общепатологическое значение.
96
НЕКОТОРЫЕ ЛИТЕРАТУРНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Александров В.Я. Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1975.
Алмазов И.В., Сутулов Л.С. Атлас по гистологии и эмбриологии.
М.: Медицина, 1978. 544 с. (на с. 342, 343 рис. 403, 404).
Баллюзек Ф.В. Управляемая гипертермия. СПб., 2001.
Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.
С. 63.
Козлов Н.Б. Гипертермия: биохимические основы патогенеза, профилактика, лечение. Воронеж, 1990.
Ленинджер А. Основы биохимии. М.: Мир, 1985.
Морозов Г.В., Боголепов Н.Н. Морфинизм. М.: Медицина, 1984.
С. 145–150.
Опарин А.И. Примечание редактора // Диксон М., Уэбб Э. Ферменты. М.: Изд-во иностр. лит., 1961.
Поликар А. Живые клетки и клеточные популяции. Новосибирск:
Наука. Сиб. отд-ние, 1969.
Рамхен Н.Ф. Купирование морфийной абстиненции холинолитическими и курареподобными препаратами: Автореф. дис. … канд. мед.
наук. М., 1967.
Риккер Г. Шок. М.: Медицина, 1987.
Хочачка П., Сомеро Дж. Стратегия биохимической адаптации. М.:
Мир, 1977.
Яровая Г.А. Физиологическая роль и биохимические механизмы
протеолитической деградации белков // Лаб. медицина. 2003. № 6.
Alonso K. Total body hyperthermia in the treatment of Kaposi’s sarcoma
in an HIV positive patient // Med. Oncology. 1991. 8(1). P. 45–47.
Alonso K., Pontiggia P., Nardi C. et al. Systemic hyperthermia in the
treatment of HIV-related Kaposi’s sarcoma. A phase I study // Biomed.
Pharmacother. 1992. 46(1). P. 21–24.
Alonso K., Pontiggia P., Sabato A. et al. Systemic hyperthermia in the
treatment of HIV-related disseminated Kaposi’s sarcoma. Long-term followup of patients treated with low-flow extracorporeal perfusion hyperthermia //
Am. J. Clin. Oncol. 1994. 17(4). P. 353–359.
Anderson I., Low J.S., Weston S. et al. Heat shock protein 90 controls HIV-1 reactivation from latency // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014.
111(15). E1528–1537.
Ash S.R., Steinhart C.R., Curfman M.F. et al. Extracorporeal whole
body hyperthermia treatments for HIV infection and AIDS // ASAIO J.
1997. 43(5). P. 830–838.
97
Balestra M., Baratti D., Crippa F. et al. Cytoreductive surgery and hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC) in a patient with peritoneal mesothelioma and HIV infection // Tumori. 2010. 96. P. 340–344.
Baronzio G., Gramaglia A., Fiorentini G. Hyperthermia and immunity.
A brief overview. 2006 (in vivo). 20. P. 689–696.
Begovac J., Bayer K., Krpan D., Kušec V. Osteosclerosis and periostal new bone formation during indinavir therapy // AIDS. 2002. 16(5).
P. 803–804.
Bourzac K. The feel of cancer cells future diagnostic tests for cancer may
probe cell stiffness // Technol. Review. 2007. Tuesday, December 04.
Bullen C.K., Laird G.M., Durand C.M. et al. New ex vivo approaches
distinguish effective and ineffective single agents for reversing HIV-1 latency
in vivo // Nat. Med. 2014. 20(4). P. 425–429.
Cameron C.A., Zeidan J., Peretz Y. et al. Heat shock protein induction
as a potential correlate of protection in HIV infection // Poster Presentation.
2013.
Collazos J., Ojanguren J., Mayo J. et al. Lymphoma developing shortly after the onset of highly active antiretroviral therapy in HIV-infected
patients // AIDS. 2002. 16(9). P. 1304–1306.
Crum N.F., Hale B., Utz G. et al. Increased risk of prostate cancer in
HIV infection? // AIDS. 2002. 16(12). P. 1703–1704.
Davey R.T. (Jr.), Bhat N., Yoder C. et al. HIV-1 and T cell dynamics
after interruption of highly active antiretroviral therapy (HAART) in patients
with a history of sustained viral suppression // Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
1999. 96(26). P. 15109–15114.
Efavirenz effects worse than reported, study says // AIDS Alert. 2003.
18(1). P. 9–10.
Eholié S.P., Lacombe K., Sefaty L. et al. Acute hepatic cytolysis in an
HIV-infected patient taking atazanavir // AIDS. 2004. 18(11). P. 1610–
1611.
Feldt T., Oette M., Goebels K. et al. Haemodynamic crisis and reversible multiorgan failure caused by HIV post-exposure prophylaxis after needlestick injury in a health care worker // HIV Med. 2004. 5(2). P. 125–127.
Gaardbo J.C., Hartling H.J., Gerstoft J., Nielsen S.D. Incomplete immune recovery in HIV infection: mechanisms, relevance for clinical care, and
possible solutions // Clin. Dev. Immunol. 2012. Article ID 670957. 17 p.
Geelen J.L., Minnaar R.P., Boom R. et al. Heat-shock induction of the
human immunodeficiency virus long terminal repeat // J. Gen. Virol. 1988.
69 (Pt. 11). P. 2913–2917.
Hidvegi E.J., Yatvin M.B., Dennis W.H., Hidvegi E. Effect of altered
membrane lipid composition and procaine on hyperthermic killing of ascites
cells // Oncology. 1980. 37. P. 360–363.
HIV patients may risk Alzheimer’s, report finds // Reuters. 2004. Jul 22.
98
HIV pediatric prognostic markers collaborative study group. Short-term
risk of disease progression in HIV-1-infected children receiving no antiretroviral therapy or zidovudine monotherapy: a meta-analysis // Lancet. 2003.
362(9396). P. 1605–1611.
Iwamoto G.K., Ainsworth A.M., Moseley P.L. Hyperthermia enhances
cytomegalovirus regulation of HIV-1 and TNF-a gene expression // Am. J.
Physiol. Lung. Cell. Mol. Physiol. 1999. 277. L1051–L1056.
Koshland D.E. // Federal. Proc. 1964. 23,3. Part 1. P. 719–726.
Law W.P., Dore G.J., Duncombe C.J. et al. Risk of severe hepatotoxicity
associated with antiretroviral therapy in the HIV-NAT Cohort. Thailand,
1996–2001 // AIDS. 2003. 17(15). P. 2191–2199.
Logan W.D. (Jr.), Alonso K. Total body hyperthermia in the treatment
of Kaposi’s sarcoma in an HIV positive patient // Med. Oncol. Tumor.
Pharmacother. 1991. 8(1). P. 45–47.
McDougal J.S., Martin L.S., Cort S.P. et al. Thermal inactivation of
the acquired immunodeficiency syndrome virus, human T lymphotropic virus-III lymphadenopathy-associated virus, with special reference to antihemophilic factor // J. Clin. Invest. 1985. 76. P. 875–877.
Moore A.L., Sabin C.A., Madge S. et al. Highly active antiretroviral
therapy and cervical intraepithelial neoplasia // AIDS. 2002. 16(6). P. 927–
929.
Mora S., Sala N., Bricalli D. Bone mineral loss through increased bone
turnover in HIV-infected children treated with highly active antiretroviral
therapy // AIDS. 2001. 15(14). P. 1823–1829.
Moussa R., Stephenson I., Fisk P. et al. Buschke-Loewenstein lesion:
another possible manifestation of immune restoration inflammatory syndrome? // AIDS. 2004. 18(8). P. 1221–1223.
Patel S.M., Johnson S., Belknap S.M. et al. Serious adverse cutaneous
and hepatic toxicities associated with nevirapine use by non-HIV-infected
individuals // J. Acquir. Immune Defic. Syndr. 2004. 35(2). P. 120–125.
Pennypacker C., Perelson A.S., Nys N. et al. Localized or systemic in vivo
heat-inactivation of human immunodeficiency virus (HIV): A mathematical
analysis // J. Acquir. Immune Defic. Syndr. Hum. Retrovirol. 1995. 8(4).
P. 321–329.
Rawat P., Mitra D. Cellular heat shock factor 1 positively regulates
human immunodeficiency virus-1 gene expression and replication by two
distinct pathways // Nucleic Acids Res. 2011. 14. P. 5879–5892.
Roesch F., Meziane O., Kula A. et al. Hyperthermia stimulates HIV-1
replication // PLOS Pathogens. 2012. 8(7): e1002792. doi: 10.1371/journal.
ppat.1002792.
Rosok B., Brinchmann J.E., Voltersvik P. et al. Correlates of latent and
productive HIV type-1 infection in tonsillar CD4+ T cells // Proc. Natl.
Acad. Sci. USA. 1997. Vol. 94. P. 9332–9336.
99
Santoro M.G., Amici C., Rossi A. Role of heat shock proteins in viral
infections // Procaryotic and eukaryotic heat shock proteins in infectious
disease / A.G. Pockley et al. (Eds.). Heat Shock Proteins 4, DOI 10.1007/97890-481-2976-8_3, Springer Science+Business Media, 2010.
Shepard K.V. Important new safety information. Re: Clarification of risk
factors for severe, life-threatening and fatal hepatotoxicity with VIRAMUNE
(nevirapine). Boehringer Ingelheim. 2004. Feb.
Simpson D., Estanislao L., Evans S. et al. HIV-associated neuromuscular weakness syndrome // AIDS. 2004. 18(10). P. 1403–1412.
Spire B., Dormont D., Barré-Sinoussi F. et al. Inactivation of lymphadenopathy-associated virus by heat, gamma rays, and ultraviolet light //
Lancet. 1985. 1(8422). P. 188–189.
Stanley S.K., Bressler P.B., Poli G., Fauci A.S. Heat shock induction of
HIV production from chronically infected promonocytic and T cell lines //
J. Immunol. 1990. 145(4). P. 1120–1126.
Steinhart C.R., Ash S.R., Gingrich C. et al. Effect of whole-body hyperthermia on AIDS patients with Kaposi’s sarcoma: a pilot study // J. Acquir.
Immune Defic. Syndr. Hum. Retrovirol. 1996. 11(3). P. 271–281.
Tjotta E., Hungnes O., Grinde B. Survival of HIV-1 activity after disinfection, temperature and pH changes, or drying // J. Med. Virol. 1991. 35.
P. 223–227.
Van Leth F., Phanuphak P., Ruxrungtham K. et al. Comparison of firstline antiretroviral therapy with regimens including nevirapine, efavirenz, or
both drugs, plus stavudine and lamivudine: a randomised open-label trial, the
2NN Study // Lancet. 2004. 363(9417). P. 1253–1263.
Van Sighem A.I., van de Wiel M.A., Ghani A.C. et al. Mortality and progression to AIDS after starting highly active antiretroviral therapy // AIDS.
2003. 17(15). P. 2227–2236.
Viard J.-P., Burgard M., Hubert J.-B. et al. Impact of 5 years of maximally successful highly active antiretroviral therapy on CD4 cell count and
HIV-1 DNA level // AIDS. 2004. 18(1). P. 45–49.
Weatherburn Н. // New Sci. 1987. 116(1588). P. 28.
Weatherburn H. Hyperthermia and AIDS-treatment // Br. J. Radiol.
1988. 61(729). P. 862–863.
Wong G.H.W., McHugh T., Weber R., Goeddel D.V. Tumor necrosis
factor alpha selectively sensitizes human immunodeficiency virus-infected
cells to heat and radiation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. 88. P. 4372–
4376.
Yatvin M.B. The influence of lipid composition and procaine on hyperthermic death of cells // Int. J. Radiat. Biol. 1977. 32. P. 513–521.
Yatvin M.B. An approach to AIDS therapy using hyperthermia and
membrane modification // Med. Hypotheses. 1988. 27(3). P. 163–165.
Yatvin M. A multimodality approach to AIDS // Sel. Cancer. Ther.
1991. 7(1). P. 23–28.
100
Yatvin M.B., Cree T.C., Elson C.E. et al. Probing the relationship of
membrane «fluidity» to heat killing of cells // Radiat. Res. 1982. 89. P. 644–
646.
Yatvin M.B., Herman P.P. Effect of heat on viral protein production
and budding in cultured mammalian cells // Int. J. Hyperthermial. 1994.
10:5. P. 627–641.
Yatvin M.B., Stowell M.H., Steinhart C.R. Shedding light on the use of
heat to treat HIV infections // Oncology. 1993. 50(5). P. 380–389.
Yazdanpanah Y., Viget N., Cheret A. et al. Increased bleeding in HIVpositive haemophiliac patients treated with lopinavir-ritonavir // AIDS. 2003.
17(16). P. 2397–2399.
Zablow A., Shecterle L.M., Dorian R. et al. Extracorporeal whole body
hyperthermia treatment of HIV patients, a feasibility study // Int. J. Hyperthermia. 1997. 13(6). P. 577–586.
101
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АД
АО
АРТ
БА
БТШ
ВААРТ
ВИЧ
ВЧ ИВЛ
ГМКСФ
ДНК
ИВЛ
ИТЛ
КОГВУ
КТ
КЩС
МОВ
ОПГ
ОУГ
ПОЛ
РНК
ТГТ
ФНО
ЦМВ
ЦНС
ЧСС
ЭКГ
HSF
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
артериальное давление
антиоксидантный
антиретровирусная терапия
бронхиальная астма
белки теплового шока
высокоинтенсивная антиретровирусная терапия
вирус иммунодефицита человека
высокочастотная искусственная вентиляция легких
гранулоцит-макрофаг колониестимулирующий фактор
дезоксирибонуклеиновая кислота
искусственная вентиляция легких
интенсивное тепловое лечение
кратковременная общая гипертермия высокого уровня
компьютерная томография
кислотно-щелочное состояние
минутный объем вентиляции
общая пиковая гипертермия
общая управляемая гипертермия
перекисное окисление липидов
рибонуклеиновая кислота
телегамматерапия
фактор некроза опухолей
цитомегаловирус
центральная нервная система
частота сердечных сокращений
электрокардиография
факторы теплового шока
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава 1. Основные понятия и представления . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Тепло и живые структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Денатурация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Обратимость денатурации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Стабильность структуры белка и устойчивость
к повреждению. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Возможности ренатурации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Значение сериновых протеиназ трипсиназного типа
за пределами клетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7. Некоторые частные аспекты действия гипертермии . .
Глава 2. Контактный иммерсионно-конвекционный метод
общей искусственной пиковой гипертермии в клинике.
Проблемы безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Термодинамические основы метода (Новожилов С.Ю.)
2.2. Методика искусственного согревания . . . . . . . . . . . . .
2.3. Обеспечение безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
3
5
–
9
10
.
.
11
12
.
.
14
15
.
20
–
30
31
.
.
2.3.1. Обоснование необходимости клинического применения общей пиковой гипертермии высокого
уровня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Факторы риска при осуществлении общей
гипертермии выше 43 °С и патогенетическое
обоснование возможности их преодоления . . . . . . .
2.3.3. Реализация безопасности кратковременной общей
гипертермии для человека (Барбашов И.В.) . . . . .
2.4. Анестезиологическое обеспечение ОПГ (Барбашов И.В.)
Глава 3. Применение искусственной гипертермии в лечении
ВИЧ-инфекции и вторичного иммунодефицита
(Чересиз С.В., Ятвин М.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Патофизиологические предпосылки и гипотезы теплового воздействия на течение ВИЧ-инфекции . . . . . .
3.1.1. Прямой противовирусный эффект общей
гипертермии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2. Прямое цитоцидное воздействие гипертермии
на активно инфицированные ВИЧ лимфоциты . . . .
3.1.3. Реактивация «молчащего» провируса в латентно
инфицированных лимфоцитах . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.4. Возможная роль белков теплового шока
в ВИЧ-инфекции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Общее иммуностимулирующее влияние гипертермии . .
–
32
37
39
45
50
–
54
60
63
65
Глава 4. Клинические примеры применения ОПГ при других
заболеваниях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Инфекционные заболевания . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Онкология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Аллергология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Наркология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Глава 5. Селективное повреждение патологических биоструктур с помощью комбинированного дефолдинга . . . . . . . . . .
5.1. Влияние высокой температуры и мочевины на патологические термонетолерантные биоструктуры
и превращение их в субстрат для протеолиза . . . . . .
Послесловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Некоторые литературные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список сокращений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
72
–
73
79
81
..
85
.
.
.
.
.
. –
. 93
. 95
. 97
. 102
Сувернев Алексей Витальевич, доктор медицинских наук.
В 1971 г. окончил Новосибирский государственный медицинский институт. Работал
хирургом в клиниках г. Новосибирска. Основные научные интересы связаны с изучением роли трипсина в патогенезе шока.
Иванов Георгий Владимирович, кандидат
медицинских наук.
В 1975 г. окончил Новосибирский государственный медицинский институт. Работал
хирургом, онкологом в клиниках г. Новосибирска. Научно-практические интересы
связаны с противоишемической защитой
печени при ее резекции и трансплантации.
Научное издание
Сувернев Алексей Витальевич, Иванов Георгий Владимирович
ИНТЕНСИВНОЕ ТЕПЛОЛЕЧЕНИЕ
Третье сообщение
Редактор В.Д. Ахметова
Художественный редактор Н.Ф. Суранова
Корректор Н.А. Митарновская
Компьютерная верстка Н.М. Райзвих
Подписано в печать 10.06.14. Формат 60×84 1/16. Гарнитура Ньютон.
Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 6,2. Уч.-изд. л. 6,0.
Тираж 1000 экз. Заказ № 1.06/14-33
ООО «Академическое издательство «Гео»
630055, Новосибирск, ул. Мусы Джалиля, 3/1
тел./факс: (383)328-31-13, http://www.izdatgeo.ru
Отпечатано в типографии ООО «Печатный дом-Новосибирск»
630083, Новосибирск, ул. Лазарева, 33/1, тел.: (383) 271-01-30