Применение тепла и холода с лечебными целями имеет, пожалуй, самую древнюю историю среди прочих стихийно возникших способов облегчения страданий больного. В самых разнообразных вариантах нагревание или охлаждение тканей используют, практически, во всех клинических специальностях и сегодня. Методики и оборудование для их воплощения чрезвычайно разнообразны, а число технологий – обширно. Особый интерес вызывает опыт терапевтического применения холода. Это связано с тем, что данное направление практической медицины в начале ХХI века переживает период своеобразного ренессанса – широкого распространения методик воздействия низкими температурами на организм и управления температурой тела, органов и тканей при терапии различных нозологий.
Местное охлаждение издавна применяли для облегчения боли и зуда, лихорадки, уменьшения отека и воспалительной реакции, кровотечений и кровоизлияний, для лечения ожогов. Тысячелетиями медицина накапливала практический опыт применения охлаждающих средств в лечении и профилактике самых разнообразных болезней.
Охлаждение тканей в области формирования местного патологического процесса, а при лихорадке (горячке) – больших участков тела и головы, прочно вошло в медицинскую практику в средние века. В XIX веке лечебное действие холода стало приобретать доказательные основы. Были открыты базовые механизмы терморегуляции и описаны основные реакции организма на охлаждение. Ледяные компрессы, охлаждающие ванны и душ целенаправленно применяли для лечения различных заболеваний, с профилактическими целями и аргументировано обсуждали значение холода как важного фактора закаливания организма.
В практике военно-полевой хирурги широко использовали холодовую анестезию. Факт того, что при локальном понижении температуры тканей заметно снижается их чувствительность, послужил основой проведения хирургических вмешательств, в первую очередь ампутаций конечностей, с использованием глубокой местной гипотермии, которая к тому же способствовала уменьшению кровотечения. Холодовая анестезия широко применялась в военно-полевых условиях Н.И. Пироговым и даже во время Великой Отечественной войны известным хирургом С.С. Юдиным.
Особенно интересными оказались факты единичных случаев положительного влияния общего охлаждения организма на выживаемость раненых с тяжелой военной травмой. Удивительные случаи «воскрешения» людей после утопления в ледяной воде, получения обширных ран и большой кровопотери в условиях переохлаждения стали причиной предположений о возможном использовании глубокого охлаждения всего ор- ганизма для лечения тяжелых заболеваний и даже с целью продления жизни.
Однако холод в большинстве случаев был и продолжает оставаться одним из наиболее агрессивных факторов внешней среды. Расширение ареала обитания человека и освоение крайнего Севера и крайнего Юга, космоса, стратосферы и океанов связано с преодолением агрессивного действия холода. Это явилось побудительной причиной исследований холодовой болезни и её осложнений, поиска средств и способов лечения предупреждения последствий переохлаждения организма.
Углубленное изучение физиологических и патогенетических реакций, развивающихся в связи с охлаждением организма и формированием состояния гипотермии (от греч. hypo- + thermē теплота), предпринятое в ХХ веке, позволило выявить основные отрицательные и положительные эффекты действия холода, очертить медицинские направления использования холодовых воздействий на биологические объекты.
Было показано, что снижение температуры тела или отдельных органов до определенного уровня способно существенно и обратимо повлиять на метаболизм. Гипотермия обуславливает заметное понижение уровня потребления кислорода и повышает устойчивость тканей к гипоксии. При понижении температуры уменьшается продукция биологически активных веществ и сигнальных молекул, ограничиваются межклеточные взаимодействия. Понижение температуры нейронов приводит к угнетению импульсной активности, замедлению проведения возбуждения, ограничению синаптических связей.
Путем воздействия холодом и в зависимости от особенностей применения низких температур оказалось возможным вызывать значительные и направленные изменения в развитии местных и системных механизмов регуляции. Кроме того, было показано, что понижение температуры способно эффективно прерывать развитие патогенетических реакций, что оказалось особенно важным в терапии неотложных состояний.
Появление технических возможностей использования холода в широком температурном диапазоне (до -196°С) обусловило формирование ряда направлений «криомедицины» (греч. kryo – холод), включающих методы длительного хранения органов и тканей, криохирургию и терапевтическую гипотермию. Впрочем, термины криохирургия и криотерапия в настоящее время ассоциируются в основном с методиками, использующими экстремально низкие температуры, тогда как для индукции терапевтической гипотермии обычно применяют умеренно низкие температуры (не ниже -30°С).
В настоящее время температуру органов, тканей или всего организма понижают чаще всего для решения следующих задач:
- вызвать обратимое угнетение функции органов в целях повышения сроков переживания ими тотальной ишемии и гипоксии в хирургии, трансплантологии и неотложной медицине;
- обеспечить подавление патогенетических механизмов развития патологии путем
обратимого угнетения функций органов и систем организма; - вызвать повышение неспецифической резистентности организма в целях профилактики заболеваний и повышения устойчивости к экстремальным воздействия.
Высокая терапевтическая эффективность применения низких температур всегда была ведущим мотивом не только практического их применения, но и поиска основных закономерностей формирования системных, органных и клеточных реакций организма при охлаждении. В большей части они были выяснены уже к середине ХХ века. Однако, только в связи с развитием новых фундаментальных представлений о стресспротекторных системах клетки, сформированных на уровне генома, представления о механизмах влияния терапевтической гипотермии на патологические процессы стали достаточно полными, что позволило по-новому рассматривать методики холодового воздействия в комплексе терапии различных заболеваний.
Около 30 лет назад была сформулирована концепция о «прекондиционировании», которую описали R. Lange и C.E. Murry [1, 2]. Феномен ишемического прекондиционирования заключается в повышении метаболической толерантности клеток к ишемии, гипоксии и реперфузии после предъявления нескольких коротких периодов субтерминальной острой ишемии. В частности, было показано, что воспроизведенные в экспериментах несколько эпизодов 5-ти минутной окклюзии коронарных артерий способствуют уменьшению объема повреждения сердечной мышцы при последующей полной окклюзии почти в два раза. Эффект прекондиционирования был показан не только применительно к миокарду, но и к головному мозгу, внутренним органам. Описаны периоды раннего и позднего прекондиционирования, удаленного прекондиционирования и пост-кондиционирования.
При исследовании механизмов прекондиционирования оказалось, что основную роль в увеличении метаболической толерантности играют стресс-протекторные системы клеток, активация которых связана с экспрессией генов раннего реагирования. При этом, действие различных по происхождению раздражителей, определенной интенсивности и предъявляемых по определенной схеме, например, таких, как ишемия, гипоксия и реперфузия, а применительно к рассматриваемой нами теме – охлаждение тканей, способно сформировать цитопротекторный фенотип, значимо повышающий устойчивость клетки к последующим воздействиям терминальной интенсивности. В тоже время, направленность внутриклеточной генной регуляции при достижении определенной силы и длительности действия чрезвычайных раздражителей может сформировать цитодеструктивный фенотип и ускорить гибель клетки за счет активации апоптоза или по некробиотическому пути.
Открытие эндогенных, генетически детерминированных и исключительно стабильных цитопротекторных программ позволило подойти к идее направленного воздействия на них с терапевтическими целями. В настоящее время формируется особое научное направление, в основе которого лежат генетические подходы воздействия на эндогенные клеточные программы с целью формирования устойчивого цитопротекторного фенотипа в остром периоде нарушения мозгового кровообращения или инфаркта миокарда.
Ишемическое прекондиционирование и понижение температуры оказались теми ключевыми способами воздействия, которые наиболее значимо влияют на формирование цитопротекторного фенотипа и, не смотря на различия в характере инициации, объединены общими механизмами реализации эффектов. Важно подчеркнуть, что общее охлаждение организма традиционно доминирует и широко применяется в неотложной медицине, преследуя цель в первую очередь защиты мозга после тотальной остановки кровообращения, при кардиохирургических вмешательствах, в ряде случаев при черепно-мозговой травме и инсультах. В тоже время, большой позитивный опыт применения селективного охлаждения головного мозга кажется более привлекательным, поскольку позволяет сформировать в первую очередь церебральную гипотермию с выраженными эффектами нейропротекции, уменьшая риск развития осложнений общей гипотермии. Однако, краниоцеребральная гипотермия продолжает оставаться не заслуженно забытой.
Появление новых фактов и очевидно неполно реализованный терапевтических потенциал гипотермии, побудили появление данной работы, обобщающей теорию и практический опыт применения в медицине комплекса методик и оборудования, существование которых состоит в различных способах отведения тепла для понижения температуры отдельных участков тела, органов или всего организма, сосредотачиваясь преимущественно именно на краниоцеребральной гипотермии.