Доказано, что многовековое нахождение человеческой популяции в конкретной климатической зоне привело к формированию не только определенного внешнего облика и особенностей жизнедеятельности организма, но и к формированию специфических морфофункциональных особенностей строения тканей организма.
На современном этапе развития медицинских технологий особое внимание уделяется воздействию на организм человека низких температур. Данные исследования в основном посвящены изучению вопросов танатогенеза, сочетанной патологии, когда выявляется действие на организм не только низкой температуры, но и иных физических и химических факторов (травмы, отравления), соматической патологии.
Температура играет важную роль во взаимоотношениях организма с окружающей средой. Человек, осваивая новые районы с холодными климатическими условиями, постоянно подвергается потенциальной опасности переохлаждения. В настоящее время изучение механизмов действия низких температур на организм человека представляется одной из актуальных тем современной медицины. Терапевтическая гипотермия как перспективный метод защиты тканей от гипоксии уже не является лабораторным мифом и активно находит применение в клинической практике. Воздействие низких температур применяют для коррекции и лечения различных заболеваний: восстановления функции органов и тканей после ишемии–реперфузии, травматических повреждений, используют интраоперационную гипотермию.
Целью данного исследования является анализ степени изученности комплекса возникающих патоморфологических и патофизиологических изменений кожи после воздействия низких температур и последующего развития адаптивных реакций в постгипотермальном периоде.
В рамках исследования было изучено более 100 источников литературы, произведено обобщение литературных данных, проведены сравнительный анализ полученной информации, обобщение результатов исследования, сформулированы выводы. В исследовании использовались статьи, опубликованные в открытой печати, в электронных версиях и свободно доступные в полнотекстовом варианте. Были использованы базы данных: eLIBRARY; Cochrane; MEDLINE; EMBASE и др. Информационные источники представляют собой материалы разных научных школ, мнения по теме разных ученых. Содержание источников соответствует исследуемому вопросу.
При воздействии низкой температуры в организме человека происходит большое количество сложных процессов: снижаются артериальное давление, частота дыхания и сердечных сокращений. Вследствие вытеснения жидкости в интерстиций происходит изменение реологических параметров крови, что приводит к нарушению микроциркуляции. Спазмы периферических сосудов и сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево приводят к кислородному голоданию (гипоксии) тканей и органов, нестабильности клеточных мембран, повышению травматизации форменных элементов крови.
Негативными последствиями действия холода являются переключение метаболизма с глюкозного на липидный, истощение запасов гликогена в печени, сердечной и скелетных мышцах, иммуносупрессия, возникновение дефицита антиоксидантов и сдвиг баланса в сторону избыточной генерации свободных радикалов.
В современной медицине, ориентированной на профилактику возникновения заболеваний, в последнее время появилось очень важное понятие о риске возникновения заболеваний в результате действия неблагоприятных погодно-климатических факторов. Проведенные множественные исследования по оценке биоклиматической комфортности среды проживания зоны Приобья [1], Удмуртской Республики [2], Республики Башкортостан [3], Магаданской области [4], Архангельска [5], Краснодарского края [6], Красноярского края [7], Арктической зоны Дальнего Востока [8] показали, что очень большая часть нашей страны находится в достаточно жестких климатических условиях и не является абсолютно комфортной для проживания человека. Соответственно, это оказывает неблагоприятное влияние на организм. Более того, проживая в зонах пониженной биоклиматической комфортности, население региона выполняет свои трудовые функции. Большое количество профессий связано с длительным пребыванием на открытой местности, что наиболее остро действует на организм человека в холодный период года.
Не стоит рассматривать гипотермию как исключительно вредоносный фактор. Можно отметить благоприятное действие дозированного управляемого холода в медицине. Большую популярность получила криохирургия – хирургический метод лечения с использованием низких температур, широко применяемый во многих разделах медицины. Воздействие низких температур применяется и в онкологии. Выявлено, что клетки опухолей обладают большей устойчивостью к воздействию низких температур, чем обычные клетки. Однако после заморозки до твердого состояния часть опухолевых клеток все равно погибает. Помимо этого, данный метод может использоваться для оказания паллиативной помощи при наличии неоперабельных опухолей, чтобы убрать болевые ощущения.
Наибольшее применение криохирургия нашла в косметологии. Она используется для удаления различных новообразований (таких как бородавки, папилломы, кондиломы, рубцы, пигментные пятна) [9, 10].
Онкологические заболевания могут осложняться алопецией, которая появляется из-за химиотерапии. Это патологическое полное или частичное выпадение волос, которое является видимым косметическим дефектом, что доставляет людям огромный дискомфорт. Гипотермия применяется как симптоматическая терапия для лечения данного заболевания. По результатам исследования, данная процедура является эффективной в 80% случаев. Многие пациенты (87%) отметили ее комфортность. Однако побочными явлениями были синусит и обострение шейного остеохондроза [11, 12].
Криохирургия применяется в офтальмологических операциях, для лечения глаукомы. Метод заключается в блокаде зон ишемии сетчатки, которые приводят к неоваскуляризации. В результате проведения данного хирургического вмешательства у пациентов наблюдается снижение внутриглазного давления, снижаются болевые ощущения [13].
При заболеваниях печени хирургическое вмешательство с использованием низких температур может применяться в нескольких видах. Криовмешательство используется для удаления или разрушения некротизированных очагов печени и культи печени, после ее резекции [14].
Терапевтическая гипотермия получила широкое применение в неонатологии. Некоторые новорожденные страдают церебральной ишемией. Данная методика применяется для того, чтобы уменьшить повреждение мозга вследствие недостатка кислорода. Согласно проведенному исследованию, среди 23 новорожденных с тяжелой интранатальной асфиксией в ходе лечения гипотермией в течение 28 дней у 21 ребенка реабилитация прошла благополучно (спустя 28 дней выписаны). Однако у 1 ребенка была отрицательная динамика (в последующем был прооперирован), еще 1 погиб (имелась дополнительная патология – врожденный порок сердца) [15, 16]. Данная процедура позволяет замедлить метаболические процессы в организме новорожденных (что приводит к снижению энергетических и метаболических потребностей), ингибирует апоптоз, оказывает нейропротекторное воздействие. В некоторых случаях гипоксия может приводить к формированию детского церебрального паралича. Терапевтическая гипотермия, применяемая при тяжелой асфиксии у доношенных детей, позволяет уменьшить ишемическое повреждение головного мозга, то есть снизить вероятность формирования детского церебрального паралича [17].
Воздействию низких температур как стрессорного фактора подвержены спортсмены: лыжники, пловцы, биатлонисты и т.д. В данной ситуации гипотермия и психоэмоциональные переживания приводят к усугублению стресса. Однако за счет того, что происходят спазм сосудов и дальнейшее развитие защитно-приспособительных реакций, патологический процесс не развивается [18].
Стоит отметить, что у профессиональных спортсменов, занимающихся зимними видами спорта, в отличие от нетренированных людей, при действии гипотермии отмечается высокая готовность вегетативной нервной системы в любой момент увеличить выработку энергии для согревания тела и нормализации нарушенного гомеостаза [19].
Кожа человека – это орган, который первым контактирует с климатическим холодом и обеспечивает в данном случае защитную функцию от охлаждения. Осуществляется это путем регулировки теплоотдачи.
Гипотермия – это нарушение теплового обмена, проявляющееся снижением температуры тела на фоне воздействия низких температур и/или снижения продукции тепла и повышения его отдачи.
Внешние изменения изначально проявляются в виде покраснения, затем возникает незначительная болезненность с покалыванием. С течением времени кожа теряет чувствительность и становится бледной в результате сокращения поверхностных сосудов (компенсаторно-приспособительная реакция). Спустя некоторое количество времени наступает угнетение нервной системы, что выражается практически полным снижением чувствительности, происходят замедление дыхания, учащение пульса.
При понижении температуры тела человека до 31оС происходит потеря сознания. Такое состояние может сопровождаться судорогами и непроизвольным мочеиспусканием. Мягкие ткани погибают при температуре ниже 10–12оС.
В доступной литературе нами была обнаружена информация, касающаяся крайнего действия низких температур на ткани человека в виде обморожений.
Выделяют следующие степени обморожения.
Обморожение 1-й степени проявляется синюшностью, отечностью, припухлостью кожи, а вокруг данной области появляется покраснение. Данные изменения возникают в результате сосудистых расстройств. Если воздействие низких температур не способствовало развитию более сильной стадии обморожения, то данная рана заживает через 3–7 дней, кожа на ее месте шелушится.
Обморожение 2-й степени. В данную стадию происходит образование дряблых пузырей, которые легко рвутся. Внутри они заполнены светлым, иногда с примесью крови, или желеобразным содержимым. Данные изменения проходят через 10–12 дней. Такие пузыри лопаются. На их месте появляются язвы, которые очень плохо заживают и имеют повышенную чувствительность к холоду. Помимо этого, они реагируют на болевые раздражения.
Обморожение 3-й степени. Участок тела, подверженный воздействию низкой температуры, приобретает синюшный цвет, на поверхности образуются пузыри, заполненные кровянистым содержимым. В первый день происходит некроз всех слоев дермы. Спустя несколько дней в некротический процесс вовлекаются подкожная клетчатка и мышцы, развивается воспалительная реакция. Заживление происходит длительно (около 2 месяцев), остаются рубцы.
Обморожение 4-й степени. На этой стадии формируется гангрена – происходит глубокий некроз кожи с вовлечением в процесс мягких тканей и костей. В результате этого заживление наступает медленно, чаще всего проводится ампутация поврежденной конечности.
В большинстве случаев обморожение 3-й и 4-й степени сопровождается осложнениями, которые могут привести к гибели человека. Среди них: флегмона, артрит, остеомиелит, заражение крови, столбняк [20].
К настоящему времени известно, что при микроскопическом исследовании кожи после воздействия низких температур можно выявить спазмированные сосуды, которые уменьшены в 1,5 раза (при дальнейшем воздействии низкой температуры сосуды больше не сужаются). Спазм приводит к снижению поступления крови (соответственно и кислорода) к мышцам и самой дерме, из-за чего происходит выработка энергии за счет расщепления собственного гликогена ткани. Именно снижение его содержания в ткани говорит о том, что ткань подверглась воздействию низкой температуры [21].
Гипотермия вызывает изменение биохимических процессов в коже из-за возникающей ишемии. В зависимости от длительности и силы данного воздействия выделяют 4 стадии.
1-я степень – гипергликемическая, при которой в коже нарушается кровообращение, однако все еще нет необратимых повреждений.
2-я степень – воспалительная. Поверхностные слои кожи подвергаются некротическому воздействию до мальпигиевого слоя.
3-я степень – некротическая. Наблюдается обширный некроз с поражением подлежащих мягких тканей.
4-я степень – тотальный некроз конечности: ее мягких тканей и костей [22].
Интересны исследовательские работы прошлых лет. В некоторых из них в эксперименте по моделированию локального охлаждения кожи изучались изменения параметров дыхания. В данном случае кожа рассматривается как рецепторное поле, воздействующее на центр терморегуляции [23, 24, 25].
Особый интерес вызывают исследования М. Райдана и соавторов [26], в рамках которых изучались выделенные из операционного материала (фрагментов кожи) подвергнутые охлаждению кератиноциты. Представленные результаты свидетельствуют о прямом воздействии низкой температуры на процессы пролиферации и дифференцировки кератиноцитов.
П.П. Маркелова и соавторы [27] в эксперименте на мышах выявили ускоренную эпителизацию раневого дефекта кожи при кратковременном действии пониженной температуры.
Д.А. Семенов и соавторы [28] выявили корригирующее влияние лазерного облучения совместно с применением эмоксипина. Данная комбинация оказывала протективное влияние на структурные элементы кожи при охлаждении.
В.В. Чайка выявил защитные свойства католита в отношении структурных элементов кожи при гипотермии, а также выявил его антиоксидантные свойства [29].
Наиболее пристального внимания заслуживают современные экспериментальные работы. Так, Н.А. Шутский и соавторы [30] разработали и впервые применили метод количественного определения коллагена в дерме крыс после локального холодового воздействия. Данная работа показала, что после локального действия холода сначала наблюдается пониженное содержание коллагена в дерме, которое с течением времени начинает восстанавливаться, но не достигает исходного, нормального уровня. Затем исследование было расширено, и впоследствии изучалось содержание клеток в зонах дермы у здоровых особей и в группе крыс с метаболическим синдромом после холодового воздействия. Авторы получили достоверные результаты, свидетельствующие о том, что регенерация кожи после локального охлаждения зависит от концентрации клеток на границе дермы и гиподермы, а также выявлено отставание регенераторного процесса у крыс с метаболическим синдромом в отличие от особей без соматической патологии [31, 32].
Очень подробно рассмотрена динамика морфологических изменений в ранах, вызванных криодиструкцией, в работе Г.А. Ковалева и соавторов [33]. Исследователи очень подробно описали повреждающее действие холодового фактора с последующим поэтапным разбором регенерации ткани, что очень важно в принципе для современной медицины.
Е.А. Малюк и соавторы [34] исследовали морфофункциональные характеристики эпидермиса в норме и при воздействии экстремальных факторов. Были проанализированы количество и морфофункциональная характеристика клеток Лангерганса, степень активности липолиза жировой ткани и выраженность термоизоляционной жировой пленки эпидермиса в зависимости от интенсивности действия холодового фактора.
Большой интерес как для дальнейшего научно-экспериментального исследования, так и для практической медицины представляют работы, посвященные роли биологически активных веществ животного и растительного происхождения, которые либо минимизируют повреждение структур кожи в результате холодовой травмы путем активации адаптационно-приспособительных реакций, либо значительно улучшают регенерацию кожи в постгипотермальном периоде [35].
Достаточно большое количество современных работ посвящено лечению общей и местной холодовой травмы разной степени выраженности [36, 37, 38], а также последующему прогнозированию осложнений в постгипотермическом периоде с учетом того, что любое обморожение, возникающее в результате действия низкой температуры окружающей среды, начинается в первую очередь с поражения кожи [39, 40]. Мы обнаружили работы, в которых авторы изучали адаптационные компенсаторно-приспособительные реакции со стороны кожи.
Важным методом диагностики смерти от переохлаждения является морфологический метод. Однако серьезной проблемой представляется проведение дифференциальной диагностики, когда выявленные морфологические признаки не являются специфическими и могут встречаться и при других патологиях. Отдельного внимания заслуживают результаты исследований, проведенных И.П. Бобровым и соавторами [41, 42, 43]. Данные исследования посвящены изучению особенностей морфофункциональной реорганизации клеточных структур, возникающих на фоне действия низкой температуры различной интенсивности и сроков. Отдельного внимания заслуживают работы, посвященные структурным изменениям ядерного аппарата клеток печени, легких, морфофункциональным изменениям тучноклеточной популяции.
Заключение. Каждую секунду наша кожа контактирует с окружающей средой и защищает нас от ее неблагоприятного (стрессорного) воздействия. Эта защита обеспечивается за счет приспособительных реакций. Однако, когда протекторная система нашего организма не справляется, наступает патологическое повреждение кожи, которое может вести к гибели человека. Несмотря на это, изучение изменения кожи под действием низких температур проводится преимущественно на макроскопическом уровне, с изучением внешних проявлений и сводится к описанию обморожений. Изменения, происходящие непосредственно в клетке, на субклеточном уровне, уровне структурных единиц органелл клетки, недостаточно изучены, а в открытом доступе информация данной направленности имеется в ограниченном количестве.
Таким образом, изучение изменений, происходящих на микроскопическом и ультрамикроскопическом уровнях в коже после действия холода различной интенсивности с последующим формированием компенсаторных адаптивно-приспособительных реакций, является весьма перспективным направлением в медицине и клеточной биологии. Необходимо в корне изменить методические подходы к дальнейшему изучению действия холода на организм человека и животных. Действие холода нужно рассматривать не просто как повреждающий физический фактор с конкретной точкой приложения, а как внешнее стрессорное воздействие, оказывающее общее влияние на весь организм в целом. Изучив механизмы формирования адаптивных реакций организма на низкие температуры различной интенсивности и продолжительности, можно будет установить множество патогенетических связей между климатическими, социальными, психоэмоциональными воздействиями окружающей среды на организм человека. Очень важно понимать, что болезнь возникает в результате истощения компенсаторных ресурсов организма и срыва адаптационных механизмов.
Библиографическая ссылка
Горяная Е.О., Долгатов А.Ю., Корсиков Н.А., Долгатова Е.С., Стрельникова С.С., Петри А.К., Лапштаев В.А., Лепилов А.В., Бобров И.П., Казарцев А.В. МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОЖИ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР // Современные проблемы науки и образования. – 2022. – № 6-2. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=32201 (дата обращения: 23.04.2024).