Effect of hydrogen sulfide on blood gas composition

Abstract

During the first tentative examination of Matsesta's personnel working in conditions of toxic concentration of hydrogen sulfide, we felt an urgent need to conduct parallel experiments on animals.

Full Text

Производя первое ориентировочное обследование персонала Maцесты, работающего в условиях токсической концентрации сероводорода, мы ощутили неотложную необходимость в проведении параллельных экспериментов на животных. Выбор эксперимента исходил из тех данных, которые достаточно демонстративно выявлялись при морфологическом обследовании крови ванщиц в первый-же период нахождения их в атмосфере сероводорода. Большое скопление в периферической крови эритроцитов с прижизненно-окрашиваемой субстанцией, навело нас на мысль о необходимости изучения функции эритроцитов, и в частности экспериментального изучения нарушения способности к переносу кислорода в условиях сероводородного насыщения.

Мы остановились на изучении газов крови, по методу В а г с го f t’a, из тех соображений, что изменивши несколько эту методику, мы можем одновременно в одной и той-же небольшой порции крови определять процент насыщенности крови кислородом, емкость крови по кислороду и процент насыщенности крови углекислотой. Имея-же перед собой, кроме процента насыщенности крови кислородом, еще емкость крови по кислороду, мы тем самым уже можем судить как о качественных, так и о количественных изменениях, которые произошли с гемоглобином.

Переходя к постановке самих опытов, нужно указать, что мы избрали местом взятия крови левый желудочек,—из тех соображений, что здесь мы получим кровь немедленно после ее соприкосновения с сероводородом в полости легочных альвеол. Для этой цели, после взятия кролика в станок, рекордовским шприцем, поршень которого смазывается жидким парафином, извлекается из левого желудочка кровь в количестве не более одного кубического сайт, и быстро переносится под слой парафинового масла в Ферцаровскую бюретку. Разводящей жидкостью служит раствор аммиака, лимонокислого натра и сапонина, которая точно по одному куб. сан. распределяется между бюреткой и правым сосудом аппарата Баркрофта. После наступившего гемолиза, производится замер взятой порции крови и через оттянутый конец бюретки переносится в сосуд аппарата под слой жидкости. Таким образом перенос крови от сердца в аппарат для анализа производится без соприкосновения с атмосферным воздухом. В левый сосуд аппарата вносится такое же количество дистиллированной воды, как и общий объем жидкости в правом. После установления температурного равновесия между жидкостью, заключенной в сосудах и водой окружающей их, краны устанавливаются на соединение дифференциального манометра с сосудами и легкими покачиваниями производится донасыщение крови кислородом. Разница уровней манометра отмечается. Краны устанавливаются на сообщении манометра с атмосферным воздухом и в выпускную трубочку правого сосуда вводится 0,2 с.с. насыщенного раствора красной кровяной соли, левая заполняется равным количеством дис. воды. Краны запираются, раствор вводится в сосуд и при покачивании происходит выделение всего кислорода. Если из второй разницы стояния уровней манометра вычесть первую и произвести процентное перечисление, то мы получим °/о насыщенности крови кислородом в момент извлечения ее из сердца. Емкость крови по кислороду вычисляется помножением второго показания манометра на константу, предварительно выверенную на определенный об'ем жидкости, и производится поправка на температуру окружающей сосуды воды и барометрическое давление. Пипеткой М ю н ц е р а мы не пользовались, так как работать -с однажды установленной константой, быстрее и удобнее. Вслед за кислородом, определялась СО2 тем же- способом, после прибавления виннокаменной кислоты.

Работая продолжительное время над газовым составом крови, я имел возможность неоднократно убедиться, что процент насыщенности крови кислородом, емкость крови по кислороду, насыщенность крови углекислотой не есть постоянные величины. Кровь, взятая из левого желудочка у одного и того же кролика в одних и тех же условиях, давала различные величины в зависимости от времени исследования. Таким образом создавалось представление о суточном колебании газового состава крови. Следовательно, чтобы наши опыты на Мацесте имели определенную ценность, необходимо было предварительно провести исследование суточного колебания газового состава крови у испытуемых кроликов, сначала в физиологических условиях. Для этой цели я у первой серии, состоящей из З х кроликов, провел суточное наблюдение, начиная с 9 часов утра. Кровь извлекалась из левого желудочка каждые три часа. Полученные данные сводятся к следующему.

Процент насыщенности кислородом дает максимальные показания к 9—10 часам утра, достигая 98%. Затем начинается постепенно его снижение и к 3—4 часам ночи достигает минимальных цифр 82—85°%. Проводя опыты с колебанием газового состава крови, не связанные с исследованиями на Мацесте, я имел возможность убедиться, что у одного и того же кролика в утренние часы % насыщенности всегда дает более высокие цифры, чем ночные.

Аналогичные закономерности дает суточное колебание емкости крови по кислороду. Максимальная (13,5—14,5) и минимальная (12,5—13,3) емкость приходится на то же время, при чем мы должны обратить внимание на, вообще, низкие цифры емкости, присущие кролику. По цифрам кислородной емкости, мы можем судить о количестве гемоглобина, так как известно, что 1 грамм сухого гемоглобина связывает 1,34 см2 кислорода. Следовательно, кривая емкости по кислороду, будет в то же время и кривой суточного колебания гемоглобина. Весьма интересные результаты мы получили бы, если бы исследовали изменения этого фактора под влиянием сероводорода, без предварительного физиологического контроля. Мы получили бы ясное снижение гемоглобина после определенного промежутка времени действия сероводорода и приписали бы это последнему, в то время как это только физиологическое явление С чем это явление связано—сказать трудно. Здесь может быть целый ряд условий—изменение кислотности среды и взаимоотношение с насыщением крова углекислотой,—если предположить, что парциальное давление кислорода в легких не меняется.

Кривая колебания углекислоты в течение суток у тех же кроликов по своему типу резко отличается от предшествующих, сохраняясь одинаковой для всех трех животных. Максимум насыщения приходится уже на промежуток времени от 1 —4 часов ночи, а минимум на 9—12 часов дня, т. е. как раз на тот промежуток времени, когда % насыщенности и емкость проделывают обратное. Цифры углекислоты довольно высокие (40—55, объем %) и превышают штандартные цифры для кроликов. На каждой из этих кривых мы давала колебание в течение суток того или другого ингредиента для всех трех кроликов. Если мы теперь изобразим на. кривой колебание трех ингредиентов для какого-либо одного кролика, то мы получим довольно демонстративную картину (см. рис. 1)

В то время, как % насыщенности и емкость параллельно снижаются к ночи, отличаясь лишь количественно, углекислота имеет противоположную тенденцию к нарастанию.

Дальнейшим вопросом, подлежавшим выяснению, была зависимость газового состава крови от перемен пищевого режима. Чтобы разрешить и этот вопрос, на второй серии, состоящей также из трех кроликов, я провел также суточную кривую аналогично физиологической, начиная с 25 часа голода. Кривая % насыщенности крови кислородом сохранила тот же тип у всех трех голодающих кроликов, только количественно насыщенность несколько снизилась. То же самое мы наблюдаем и с емкостью, тип сохраняется, количественно же емкость, а следовательно и гемоглобин, снижаются.

Колебания С02 при голодании также обнаруживают только количественные отличия, при чем наблюдаемое снижение можно объяснить развивающимся голодным ацидозом. Кривая несколько более лабильна, что зависит, как видно, от двух моментов: с одной стороны прогрессирующего падения бикарбонатного числа, с другой физиологическая тенденция к нарастанию углекислоты к ночи.

На третьей серии кроликов была проведена еще полусуточная кривая при содержании животных на клевере и овсе; она повторяет предшествующие.

После этих предварительных исследований, проведенных в июле месяце животные были перегруппированы таким образом, что из каждой серии часть кроликов пошла на вапоризацию, часть на высиживание в кабинках, остальные были контрольные. В кабинках кролики проводили весь рабочий промежуток времени, и затем уносились в общий кролятник и имели свой выходной день. Кролики, предназначенные для вапоризации сероводородной воды, все свое время проводили у распределителя и лишь в определенный промежуток дня, чаще между 7—9 часами утра, в камере, куда они помещались, производилось распыление при подогревании в течение 40—50 минут сероводородной воды. И наконец, контрольный кролик помещался в общем кролятнике.

Повторное испытание с теми же кроликами было произведено в октябре месяце и следовательно нахождение в атмосфере сероводорода для животного было максимум три месяца. При повторном исследовании, мы повторили все то же, что и при первом, т. е. провели суточные кривые для выявления Чех же ингредиентов у тех же кроликов. За все это время мы потеряли только одного кролика.

Нужно еще указать, что дополнительно, как в первый, так и во второй раз, после газоанализа были взяты мазки дли окраски на прижизненную субстанцию. Начнем повторное исследование с кролика контрольного. Следует указать, что пребывание контрольного кролика в общем кролятнике, нужно считать не совсем удачным, так как кролятяик помещался между двумя буровыми и здесь достаточно ощущался запах сероводорода, особенно в сырую погоду и ранним утром.

Сравнивая кривую суточного колебания газового состава крови контрольного кролика с той физиологической кривой, которую мы получили в июле месяце на нем же, можно было убедиться, что несмотря на довольно большой промежуток времени, прошедший после первого исследования, тип кривой сохраняется в полной мере. Количественные изменения можно отметить только со стороны процента насыщенности крови кислородом и то весьма незначительные. Можно ли будет эти изменения связать с той незначительной концентрацией сероводорода, которая отмечается в воздухе, окружающем кролятник, мы увидим из дальнейших исследований.

Кривая № 2 дает нам представление о газовом составе крови у одного из кроликов, помещавшегося в кабинке. На ней мы видим, как процент насыщенности крови кислородом дает уже резкое снижение и это снижение с несомненностью может быть связано с той концентрацией сероводорода, которая имелась в кабинке. Подтверждением этому предположению служит то обстоятельство, что аналогичная картина была выявлена и у второго кролика, находившегося в тех же условиях. Со стороны емкости крови по кислороду—никаких изменений, насыщенность же крови углекислотой здесь также количественно изменяется в сторону снижения, что может быть связано с развивающимся ацидозом. Все указанные изменения носят исключительно количественный характер, так как тип кривых сохраняется тот же.

Кривая № 3 относится к кролику, находившемуся на распределителе, и для нас она представляет особенный интерес. Это первая кривая, которая дала качественные изменения, при чем второй кролик, находившийся в тех же условиях, дал те же изменения типа кривой. Уклонения видим, что процент насыщенности кислородом достигает максимальных цифр к 9—10 часам утра, здесь же мы имеем в это время самое низкое стояние насыщенности, доходящее до 80%, затем кривая начинает повышаться и с 1—2 часов ночи дает новое уже физиологическое снижение. Кривая приобретает волнообразный характер. Чем можно объяснить это явление? Мы полагаем, что следует всецело приписать это изменение вапоризации сероводородной воды, имевшей место как раз в этот промежуток времени. При вапоризации в камере мы имели наибольшую концентрацию сероводорода, точный подсчет которой в условиях Мацесты произвести было трудно, но с некоторой приблизительной точностью, можно предположить концентрацию раза в два большую, нежели в кабинке. Далее мы должны отметить здесь другое интересное явление, которое заключалось в том, что исследование этих кроликов нами производилось на 7-й день после последней вапоризации, и следовательно кролик находился последнюю неделю в течение круглых суток в атмосфере умеренной концентрации сероводорода, однако насыщенность крови кислородом сохранилась особенно низкой в часы вапоризации. Возможно, что за этот промежуток (1,5—2 мес.) создалось условное привыкание и животное уже на меньшие дозы газа в часы вапоризации реагировало особенно резко. Явление, весьма нас заинтересовавшее, требует, конечно, дополнительных контрольных опытов.

В отношении емкости крови по кислороду здесь ничего существенного отметить не приходится. Ни тип кривой, ни количественных нарушений, здесь, как и во всех предшествующих случаях, отметить не приходится. Углекислота дает снижение, но не достаточно рельефное в течение всех суток, однако не такое демонстративное как насыщенность кислородом.

Если теперь мы просмотрим все то, что получили на всех кроликах, то в первую очередь мы должны обратить внимание на строгий параллелизм между уменьшением % насыщенности крови кислородом и степенью концентрации сероводорода. Следовательно, если это так, то при даче сразу большой дозы мы должны будем получить то же в более короткий промежуток времени. С этой целью было произведено удушение кролика в атмосфере максимальной концентрации сероводорода. Для этого опыта, кролик был помещен на две минуты под крышку распределителя и через этот промежуток времени, когда животное уже почти не подавало признаков жизни, из сердца быстро была извлечена кровь и исследована на содержание газов. До удушения этот кролик, еще ни разу не использованный нами, был троекратно исследован на содержание газов крови. Данные, полученные нами при этом эксперименте, были весьма демонстративны и подтвердили все наши предположения.

Из кривой № 4 мы видим, что при удушении в атмосфере сероводорода изменился только процент насыщенности крови кислородом, при чем это изменение было выражено чрезвычайно резко, с 96% насыщенность упала до 7%. Кролик погиб в условиях кислородного голода. Емкость крови по кислороду и углекислота в это время никаких изменений не дали, и следовательно гемоглобин остался без изменений. В самом деле, после удушения донасыщаемость крови кислородом происходила в той же мере, и для полного насыщения потребовался тот же промежуток времени.

На этом эксперименты на Мацесте заканчиваются, если добавить. Сюда еще взятие крови на прижизненную окраску. Кролики были доставлены в Институт и здесь подвергнуты гистологическому исследованию. Брались только срезы костного мозга, селезенки, печени. Гистологически можно отметить незначительные изменения и то только у кроликов, подвергавшихся вапоризации. Изменения касаются, главным образом печени и селезенки, при чем в первой обнаруживаются неравномерно распределенные очаги жировой инфильтрации, отдельные клетки настолько богаты жиром, что кажутся пенистыми, кое-где видна незначительная мелкоклеточная инфильтрация по ходу сосудов; во второй—резкое кровенаполнение, Мальпигиевы тельца большие, гиперплазия ретикулоэндотелиального аппарата.

Теперь остается только коснуться той части нашей работы, которая собственно и была причиной всего эксперимента, это—прижизненная субстанция эритроцитов. В работе об „изменении крови у работниц Мапесты“ мы обратили внимание на появление в большом количестве витально-крапчатых эритроцитов в период острого воздействия сероводорода, в остальное время эти эритроциты были обнаружены, но в гораздо меньшем количестве. Посмотрим как это явление выражено у кроликов. Здесь у нас имеется определенный недостаток в исследовании, так как мы имеем мазки животных до пребывания их в атмосфере сероводорода, и после длительного пребывания в таковой и следовательно весь промежуток времени острого воздействия выпал. Чтобы пополнить этот недостаток и тем получить возможность сравнения с человеческим материалом, необходимо было провести дополнительные исследования, которые и были произведены в Институте. Для этой цели были взяты кролики, ни разу не бывшие в подобном эксперименте, в количестве 4-х штук и исследованы на содержание эритроцитов с прижизненно окрашивающейся субстанцией. Счет производился на тысячу эритроцитов. Сероводород вводился двояким способом: двум вводилась сероводородная вода внутрисердечно, через день в количестве от 2—5 к. с., а двое подвергались вапоризации той же воды, в камере, продолжительностью не более получаса. После каждой манипуляции, а далее перед следующей, на следующий день исследовалась прижизненно окрашивающаяся субстанция. Продолжительность этих исследований равнялась всему острому периоду, т. е. около двух недель. Таким образом у нас собрался разнообразный материал, характеризующий всесторонне действие сероводорода мацестинской воды. Дополнительно у кроликов, находившихся на эксперименте в институте, исследовался количественно гемоглобин, в течение всего эксперимента, при помощи универсального колориметра Б ю р к е р а. Последнее исследование необходимо было для того, чтобы подтвердить данные газометрического способа Баркрофта о неизменяемости гемоглобина под влиянием сероводорода колориметрическим.

Результаты этого исследования изображены на следующей таблице. На ней мы видим изменение витальной зернистости при хроническом воздействии, при чем указаны только по одному кролику для каждого вида эксперимента (в верхней части таблицы) и острый период воздействия при дополнительных исследованиях в Институте (в нижней части таблицы).

В первом случае, мы видим, что эритроциты с витально окрашивающейся субстанцией, в частности витально-крапчатые, увеличились к концу рабочего сезона весьма незначительно, т. е. мы имеем аналогию с действием на человеческую кровь. Иначе дело обстоит во втором случае, где при эксперименте в камере, получилась резкая реакция в первый период действия сероводорода, т. е. мы имеем те же результаты, какие были получены у работнип Новой Мацесты, которых мы также застали в первый период. Интракардиальная инъекция оказалась менее выразительной и уступала по силе действия введению сероводорода через легкие. Количественно, нужно думать, кролик ингаляцией получал не больше, так как ингалировалось полстакана воды, при большом объеме камеры и наличия утечки газа. Во всяком случае эти дополнительные опыты носят только ориентировочный характер для дальнейших наблюдений в этой плоскости. Гемоглобин определяемый колориметрически, дал количественно, аналогичные результаты с газоаналитическим методом Баркрофта.

Витальная зернистость эритроцитов.

Контрольн.				До эксперим.						До эксперим.
Грубая	Нежн.	Зерн.		Грубая		Нежн.		Зерн.		Грубая		Нежн.	Зерн.
8	13	1		10		17		3		7		18	3
Контрольн.				Кабинка						Распределит.
10	16	2		13		21		5		9		17	у
Гемоглобин до инъекции			До инъекций						До вапоризации
			Грубая		Нежная		Зернист.		Грубая		Нежная		Зернист.
11,02%			6		15		2		8		14		2
Гемоглобин после инъекции			После инъекций						После вапоризации
			Грубая		Нежная		Зернист.		Грубая		Нежная		Зернист.
10,88%			10		18		4		27		20		11
Гемоглобин до вапоризации			13		19		4		26		21		12
13,23%			17		21		6		23		26		12
Гемоглобин после вапориз.
			18		20		7		28		24		9
13,40%

Остается нам теперь перейти к разбору экспериментального материала. В начале мы должны указать, что применяемая методика дала нам возможность подойти ближе к изучению действия сероводорода а выявить весьма интересное явление, раскрывающее перед нами ряд перспектив в дальнейшем для объяснения судьбы сероводорода в организме живого человека и животного. Для нас весьма важным моментом является то обстоятельство, что ни одно биохимическое явление не может быть изучаемо под влиянием патологического фактора, пока тщательно не будут изучены возможные вариации, как количественных, так и качественных изменений в физиологических условиях. Подмеченный нами уже давно факт изменчивости газового состава крови в течение суток, нашел свое подтверждение и в условиях Мацесты и дал возможность построить прочную базу для дальнейших изысканий в области изучения сероводорода, как профессионального фактора. Только на основе суточной кривой мы могли построить патологические кривые и отметить строгую пропорциональность в нарушении газового равновесия крови в связи с увеличением дозы сероводорода.

Мы видим, что уже следы сероводорода в воздухе на контрольном кролике изменяют процент насыщенности крови но кислороду, сохраняя- остальные ингредиенты на прежнем уровне. С повышением концентрации газа опять в первую очередь снижается % насыщенности и выявляются уже изменения в карбонатном числе, также в сторону снижения^, являющегося результатом больших количеств проникающей в кровь кислоты. Введение еще больших доз сероводорода путем вапоризации снижает насыщенность крови кислородом наиболее, то же происходит с углекислотой, при чем изменения эти резче выявляются в промежуток времени, связанный с вапоризацией. Введение громадной дозы уже втечение одной минуты, снижает кислородную насыщенность до 7%, оставивши остальные газовые компоненты без изменения.

Самое интересное—сохранение емкости крови по кислороду в том же виде, в каком она была в физиологических условиях. Это значит, что гемоглобин не претерпевает грубых изменений и не теряет способности к связыванию О2 in vitro. Нужно еще указать, что связывание происходит довольно легко и в обычный промежуток времени. Это значит, что если и наступает соединение гемоглобина с сероводородом, то до образования сульфметгемоглобина не доходит и следовательно соединение чрезвычайно нестойкое. А может быть здесь просто происходит; химическая реакция с поступающим сероводородом и выявляется отнятие кислорода крови. Предположение менее вероятное, при чем только дальнейшая постановка опытов в этой плоскости внесет целый ряд дополнений в разрешение вопроса о механизме действия сероводорода.

Исходя из литературных данных нужно считать установленным, что смерть, наступающая при отравлении сероводородом, не связана с удушением вследствие отнятия кислорода. Rodenacker указывает, что место воздействия сероводорода нужно искать в клетках всего животного и соответственно теории Warburg’a весь центр тяжести перенести нужно на дыхательный фермент таковых. По этой теории сероводород является катализаторным ядом, действующим на каталитически активное железо дыхательного фермента. Таким образом, отравление при сероводороде есть внутреннее удушение, вследствие прекращения оксидации клеток. По Geppert’y клетки теряют способность утилизировать кислород, вследствие чего количество молекулярного кислорода в венозной крови увеличивается.. Не исключая возможности избирательного действия сероводорода на дыхательный фермент клетки и связанного с этим внутреннего удушения, нужно только указать, что емкость крови по кислороду в проведенных мною опытах оставалась все время высокой. Процент же насыщения крови кислородом резко изменяется, что, возможно, также связано с потерей способности железа гемоглобина связывать кислород в условиях сероводородного насыщения. Другой отличительной особенностью настоящих экспериментов нужно считать то обстоятельство, что была исследована артериальная кровь тотчас по выходе из легких. Здесь, конечно, развиваются иные условия нежели в венозной крови.

Так или иначе—происходит ли здесь реакция замещения между кислородом крови и сероводородом или же внутреннее удушение вследствие прекращения оксидации клеток—для нас ясно одно: что организм, дышащий в атмосфере сероводорода, ощущает недостаток в кислороде тем резче, чем больше вводится сероводорода и следовательно животное живет в условиях кислородного голодания.

Как же дело обстоит с ванщицами? можем ли мы сказать, что концентрация в 0,10 мг. сероводорода на литр воздуха достаточна, чтобы высказать предположение, что люди живут и работают в условиях кислородного голода? Мы прямых опытов с газовым составом крови у людей не производили, мы можем только указать, что такая концентрация для кролика вызывает недостаток кислорода в крови. Таких опытов на человеке провести нельзя, а без выявления физиологической кривой, трудно разрешить поставленную задачу. Но несмотря на это мы все же предполагаем, что и у человека создаются такие же условия для кровяного дыхания. За это будут говорить исследования мазков крови на прижизненно окрашивающуюся субстанцию эритроцитов, давших аналогичные результаты у человека и у кролика.

Мы уже указывали, что в первое время пребывания в атмосфере сероводорода в периферической крови появляются в большом количестве витально крапчатые эритроциты и в весьма незначительном количестве ретикулоциты с нежной сеткой. Через 2—3 месяца количество витальнокрапчатых эритроцитов заметно падает и в дальнейшем могут быть обнаружены только в незначительном числе. Возможно, что молодые эритроциты, появляющиеся вследствие регенерации, более устойчивы. У кроликов мы видим ту же картину. До нахождения в атмосфере сероводорода и после длительного пребывания в таковой, цифры эритроцитов с прижизненной субстанцией почти не отличаются друг от друга. В период острого действия сероводорода мы имеем резкую реакцию со стороны эритроцитов в смысле появления витальной крапчатости, при чем эта реакция выражена резко исключительно при проникании сероводорода через легкие. Вот эти косвенные исследования, дают нам некоторую возможность установить аналогию в действии сероводорода на организм человека и животного.—На основании всего сказанного, мы можем прийти к следующим выводам.

1. Изучению влияния сероводорода на газовой состав крови необходимо предпослать выявление физиологической кривой в течение суток.
2. Под влиянием сероводорода в первую очередь снижается % насыщенности крови кислородом.
3. Падение процента насыщенности крови кислородом идет пропорционально концентрации сероводорода.
4. При более длительном воздействии высоких доз сероводорода снижается насыщенность крови углекислотой.
5. Количество гемоглобина остается неизменным в течение всего периода наблюдения.
6. Действие сероводорода а более резко при вдыхании, нежели при введении в кровь.

Морфологической реакцией будет нарастание витально-крапчатых эритроцитов, наиболее резко выраженной в первые две недели воздействия.