Проблема поиска новых путей фармакопрофилактики и лечения заболеваний дыхательной системы является весьма актуальной в здравоохранении. Легкие обеспечивают обмен кислорода (О2) и углекислого газа (СО2) между окружающей средой и организмом в соответствии с метаболическими потребностями последнего.
Кислородное голодание в тканях приводит к гипоксии, которая сначала вызывает умеренную гиперкапнию (в основном в результате возрастания частоты дыхания), а при увеличении степени гипоксии дыхание ослабевает и останавливается. Гипоксическому апноэ предшествует потеря сознания. Апноэ вследствие гипоксии смертельно опасно. Поддержание нормального газового состава крови основано на принципе отрицательной обратной связи: гиперкапния вызывает усиление активности дыхательного центра и увеличение вентиляции легких, а гипокапния — ослабление деятельности дыхательного центра и уменьшение вентиляции. СО2 сигнализирует об опасности гипоксии. После открытия этих свойств СО2 его начали добавлять в газовые смеси аквалангистов для стимуляции дыхательного центра. Данный принцип действия СО2 используют при задержке дыхания во время наркоза (карбоген: 5—7% СО2 и 93% О2) [1, 2].
Для устранения гипоксии многие европейские и американские клиники применяют метод, основанный на гомеопатическом принципе «от обратного», предлагая карбокситерапию как дополнительное или альтернативное лечение [3, 4]. С введением СО2 подкожно, внутрикожно, трансдермально или ингаляционно устраняются последствия кислородного голодания путем создания искусственной гиперкапнии в тканях, что в свою очередь вызывает усиление доставки кислорода и выведение СО2 из тканей и далее из организма [5—7].
XXI век — время высоких технологий и уникальных открытий, среди которых карбокситерапия является одной из универсальных и широко используемых инновационных медицинских технологий.
Несмотря на 30-летний клинический опыт широкого применения карбокситерапии, систематизированная информация о механизме действия, равно как и теоретическое (этиопатогенетическое) обоснование ее медицинского применения, в литературе отсутствует [3].
Механизм регуляции обмена СО2 и О2 в организме обеспечивается синхронизацией нескольких процессов. В частности, в реализации многочисленных эффектов карбокситерапии участвуют гуморальные, биохимические и тканевые механизмы.
Механизм циркуляции СО2 в организме известен как классический процесс альвеолярного обмена СО2↔О2 в легких путем непрерывной диффузии. При этом диффузионная способность СО2 в системе альвеола—капилляр в 25—30 раз выше, чем О2, и не прекращается в альвеолах даже при остановке внешнего дыхания. Аналогичный процесс происходит и в тканях, где также путем непрерывной диффузии происходит обмен О2↔СО2 [8].
Все клетки организма (нейроны, гепатоциты, кардиомиоциты, эпителиоциты и др.) независимо от выполняемых ими функций выделяют СО2 в качестве конечного продукта биохимических реакций. Процесс удаления СО2 из организма через легкие способствует увеличению оксигенации гемоглобина. Одна часть СО2 повышает концентрацию О2 в тканях более чем в 3 раза [9]. В легких имеется избыток O2, тем самым сродство гемоглобина к CO2 уменьшается и последний выделяется в альвеолярный воздух.
Основной механизм действия карбокситерапии связан с повышением оксигенации тканей и обусловлен эффектом Вериго—Бора: влияние концентрации CO2 и величины pH на процесс связывания и высвобождения O2 от гемоглобина. В периферических тканях с относительно низким значением pH и высокой концентрацией CO2 сродство гемоглобина к O2 падает, и наоборот, в легочных капиллярах выделение CO2 и сопутствующее этому повышение pH крови приводит к увеличению сродства гемоглобина к O2 [8].
Роль СО2 как естественного стимулятора дыхания состоит в том, что при малейшем изменении его концентрации (на 0,1%) включаются различные механизмы быстрого возвращения концентрации СО2 к физиологической норме, так как организм является самовосстанавливающейся и саморегулирующейся системой. СО2 является важнейшим продуктом клеточного дыхания, поэтому в организме существует множество сенсоров, регулирующих концентрацию данного газа. Сдвиг уровня СО2 в любую сторону от физиологических значений запускает многочисленные реакции адаптации [10]. Этот принцип отслеживается при проведении карбокситерапии.
При карбокситерапии механизм действия СО2 связан с его опосредованным стимулирующим влиянием на дыхательный центр через рецепторы продолговатого мозга (центральные хеморецепторы) и сосудистые рефлексогенные зоны (периферические хеморецепторы), расположенные в дуге аорты (каротидный синус). Гиперкапния и ацидоз стимулируют, а гипокапния и алкалоз тормозят центральные хеморецепторы. Именно хеморецепторы сигнализируют в дыхательный центр о содержании О2 и диоксида углерода в крови. Центральные хеморецепторы реагируют на изменения рН спинномозговой жидкости и оказывают более сильное влияние на деятельность дыхательного центра, чем периферические [8, 9].
Деятельность дыхательного центра, определяющая частоту и глубину дыхания, зависит прежде всего от напряжения газов, растворенных в крови, и концентрации в ней водородных ионов. Ведущее значение в определении величины вентиляции легких имеет напряжение СО2 в артериальной крови: оно как бы создает запрос на нужную величину вентиляции альвеол [9, 10]. СО2 в физиологической концентрации необходим для нормальной жизнедеятельности организма: регуляции клеточного дыхания, поддержания гомеостаза, кислотно-щелочного равно-весия, ангиогенеза и иммунитета [8].
Карбокситерапия действует и на уровень микроциркуляции артериол и прекапиллярных сфинктеров путем увеличения скорости кровотока в тканях, а также за счет улучшения лимфатического дренажа. Эти механизмы действия СО2 широко используются в медицине при воспалительных и других заболеваниях, сопровождающихся гипоксией, отеками, в том числе в пульмонологии при заболевании легких.
При различных заболеваниях легких наблюдается стойкое нарушение бронхиальной проходимости. К этой патологии принадлежат эмфизема легких и хронический бронхит, диагностическим критерием которых является стойкое снижение соотношения объема форсированного выдоха за 1-ю секунду и форсированной жизненной емкости легких. В чистом виде хронический обструктивный бронхит и эмфизема легких встречаются редко, но довольно часто эти заболевания сочетаются. В основании патогенеза хронической обструктивной болезни легких лежит необратимая обструкция дыхательных путей. При эмфиземе легких стенки альвеол повреждаются и теряют свою эластичность, «полезная площадь» легких для обмена О2 и СО2 между кровью и вдыхаемым воздухом уменьшается. В результате недостаточности поступления О2 в кровь появляется одышка, а при хроническом бронхите — гипертрофия желез подслизистого слоя и бокаловидных клеток, хроническая воспалительная инфильтрация подслизистого слоя, гиперплазия мышц бронхов и хроническое воспаление [11, 12].
Карбокситерапия, влияя на хеморецепторы дыхательного центра, способствует усилению вентиляции легких, снижает тонус гладкой мускулатуры бронхов, секрецию слизи в них, воспаление — все это улучшает дыхание. Повышение концентрации СО2 при карбокситерапии автоматически служит сигналом для усиления интенсивности дыхания и кровообращения, улучшения микроциркуляции артериол и прекапиллярных сфинктеров, лимфатического дренажа, уменьшения напряжения и спазма мышц, что способствует противовоспалительному эффекту, повышению сопротивляемости организма к вредным факторам.
При заболеваниях легких, помимо обструктивных нарушений дыхательных путей, нарушается газообмен. Деструкция легочной паренхимы (при эмфиземе легких) и поражение дыхательных путей (при хроническом обструктивном бронхите) ведут к неравномерности соотношения вентиляции и перфузии, что приводит к гипоксии и гиперкапнии, которые зависят от выраженности этого соотношения и состояния дыхательного центра.
Карбокситерапия вызывает учащение и углубление дыхания, что увеличивает легочную вентиляцию, ускоряет перфузию и газообмен в легких, устраняет одышку и бронхоспазм, поэтому широко применяется при заболеваниях легких (бронхиальная астма, пневмосклероз, силикоз) [8].
При бронхиальной астме в отличие от эмфиземы легких, когда обструкция сохраняется постоянно, последняя возникает эпизодически и проявляется повышением сопротивления дыхательных путей, гипоксемией, вызванной несоответствием между процессами вентиляции и перфузии легких, что приводит к снижению парциального уровня О2 (раО2). При легких приступах бронхиальной астмы возникает гипервентиляция, которая ведет к уменьшению парциального уровня СО2 (раСО2) и дыхательному алкалозу. При тяжелых приступах возникает гиповентиляция, повышается раСО2 и возникает дыхательный ацидоз. Перерастяжение легких и снижение раСО2 в альвеолах вызывает капилляроспазм и повышение давления в легочной артерии [13].
Карбокситерапия при бронхиальной астме улучшает вентиляцию легких, возбуждая через центральные и рефлекторные механизмы дыхательный центр. Кроме того, под действием СО2 снижаются рН крови и аффинность адренорецепторов сосудов к катехоламинам, что вызывает выраженные висцеральные реакции: вазодилатацию и оксигенацию. В результате нормализуются частота и глубина дыхания, устраняется спазм бронхов, а вентиляция легких увеличивается до 1—1,5 л/мин [3].
Пневмосклероз — патология, характеризующаяся необратимой заменой легочной ткани на соединительную, что приводит к нарушению газообмена, утолщению стенок альвеол, уменьшению объема и просвета бронхов. При данном заболевании альвеолы, бронхи и сосуды легких меняются морфологически, нарушается вентиляция легких, возникают хроническая дыхательная недостаточность, артериальная гипоксемия, присоединяются воспалительные процессы в легких [14].
Карбокситерапия, а именно гиперкапния в тканях, снижает сродство гемоглобина к О2, и высвобождение последнего происходит быстрее, активирует эритроциты для доставки большого его количества к клеткам и процессы метаболизма, а также приводит к расширению сосудов, что способствует усилению доставки в ткани О2 и питательных веществ. При пневмосклерозе СО2 улучшает микроциркуляцию, усиливает ангиогенез, вазодилатацию, оксигенацию тканей, обеспечивает антигипоксический, противовоспалительный и антиоксидантный эффекты [8].
Силикоз — заболевание, вызванное вдыханием пыли, содержащей большое количество диоксида кремния, в результате происходит атрофия мерцательного эпителия дыхательных путей, что резко снижает естественное выделение пыли из органов дыхания и способствует ее задержке в альвеолах. В интерстициальной ткани легких развиваются первичный реактивный склероз и воспаление. Основная роль в развитии воспаления принадлежит макрофагам, но они не погибают, а активируются и выделяют медиаторы воспаления, такие как цитокины, интерлейкин-1 и фактор некроза опухоли, что приводит к развитию гранулем, фиброза и воспалению. Кроме того, альвеолярные макрофаги выделяют фибронектин и макрофагальные факторы роста, которые также способствуют прогрессированию пневмосклероза [12].
При карбокситерапии организм реагирует на повышение концентрации СО2 усилением кровообращения, оксигенации, микроциркуляции и выведения токсических веществ (диоксида кремния). Кроме того, фибробласты способствуют синтезу колла-гена, эластина, протеогликана и энзимов, а также являются продуцентами интерферонов, которые принимают участие в обеспечении бактерицидного и противовоспалительного эффектов и способствуют разрушению фиброзных спаек и снижению гипоксемии.
СО2, влияя на обмен веществ, уменьшает вязкость коллоидных растворов и этим также способствует удалению из тканей продуктов обмена.
Таким образом, за счет основных гемодинамических, тканевых и биохимических механизмов действия СО2 на микроциркуляцию крови и лимфы карбокситерапия может быть эффективной в комплексном лечении хронической обструктивной болезни легких (противовоспалительная терапия), эмфиземы легких (улучшает газообмен, устраняет одышку), бронхиальной астмы (влияет на частоту и глубину дыхания, улучшает вентиляцию, устраняет спазм), пневмосклероза (улучшает микроциркуляцию, усиливает ангиогенез, оксигенацию, что приводит к противовоспалительному и антигипоксическому эффектам), силикоза (антигипо-ксантная, антиоксидантная и иммуномодулирующая терапия, способствует разрушению фиброзных спаек).
Карбокситерапия — это эффективный, безопасный, доступный, удобный для пациента и врача, клинически проверенный многими десятилетиями метод лечения. На принципе карбокситерапии основаны дыхательные системы К.П. Бутейко и В.Ф. Фро-лова, эффективность которых в мире общеизвестна [1].
Заключение
Карбокситерапия улучшает функциональное состояние легких при бронхолегочной патологии, повышает работоспособность, улучшает качество жизни и используется как дополнительный метод в фармакотерапии многих заболеваний в пульмонологии. Карбокситерапия является примером универсального метода лечения благодаря своим физиологическим свойствам, полимодальности, отсутствию токсичности и относительной безопасности, что делает ее прекрасным выбором для применения в медицинской практике в целях ускорения реабилитации и восстановления пациентов с легочной патологией.
Дополнительная информация
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие конфликта интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
The authors declare no conflicts of interest.
Сведения об авторах
Бунятян Н.Д. — д.фарм.н., проф.; https://orcid.org/0000-0003-0936-5551; e-mail: ndbun@mail.ru
Дроговоз С.М. — д.м.н., проф.; https://orcid.org/0000-0002-9997-2197; e-mail: drogovozsm@gmail.com
Штробля А.Л. — к.фарм.н.; https://orcid.org/0000-0002-9499-4880; e-mail: angelashtroblya@gmail.com
Кононенко А.В. — к.фарм.н.; https://orcid.org/0000-0003-0845-9353; e-mail: anna.v.kononenko@gmail.com
Зеленкова Г. — доктор медицины; https://orcid.org/0000-0003-3995-8032; e-mail: zelenkova@vl.sk
Прокофьев А.Б. — д.м.н., проф.; https://orcid.org/0000-0001-7024-5546
Саповский М.М. — д.фарм.н., проф.; eLibrary SPIN: 6728-7293; e-mail: michael.sapovsky@mpbio.com
Николаева Л.Л. — к.фарм.н.; https://orcid.org/0000-0001-8003-8241; e-mail: alima91@yandex.ru
Бунятян Наталья Дмитриевна — д.фарм.н., проф.; https://orcid.org/0000-0003-0936-5551; e-mail: ndbun@mail.ru
Бунятян Н.Д., Дроговоз С.М., Штробля А.Л., Кононенко А.В., Зеленкова Г., Прокофьев А.Б., Саповский М.М., Николаева Л.Л. Механизм пульмопротекторного действия карбокситерапии. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2019;96(4):58-62. https://doi.org/10.17116/kurort201996041