Дефицит кислорода в тканях (гипоксия) лежит в основе большинства заболеваний и, в том числе ускоренного старения организма. Кислород-зависимыми являются практически все процессы в организме: энергетический обмен, защита от инфекций лейкоцитами, иммунорегуляция, процессы повреждения клеток и репаративные процессы.

У клиницистов прошлого был популярен афоризм: «Человек молод настолько, насколько молоды его сосуды». Перефразируя это высказывание на современный лад с учётом достижений современной физиологии, можно сказать, что здоровье человека и его молодость определяются, прежде всего, обеспеченностью его тканей жизненно важным кислородом, ибо без него «огонь жизни» гаснет в мозгу через несколько минут, в других органах через несколько часов. Конечно, эластичность сосудов играет первостепенную роль в здоровом организме в доставке кислорода в самые удалённые от лёгких уголки, но эластичность сосудов неизбежно теряется с годами и врачам приходится искать пути компенсации этой потери.

Первым воплощением мечты врачей о возможности помочь больному с выраженной дыхательной или сердечной недостаточностью и как-то восполнить дефицит кислорода была кислородная подушка, на смену ей пришла кислородная палатка, а затем – барокамера.

Эффект гипер- и нормобарической оксигенации

Оксигенация – это физиотерапевтический метод, основанный на дыхании воздухом с повышенным содержанием кислорода. Обычный атмосферный воздух содержит 21% кислорода, а используемый в окситерапии т. е. обогащенный кислородом – 90,0 – 99,9%. Вдыхание обогащенного кислородом воздуха может производиться через маску из кислородного баллона или в закрытых камерах. Различают 2 типа оксигенации: нормобарическую (при атмосферном давлении) (НБО) и гипербарическую (при давлении выше атмосферного) (ГБО). Иногда выделяют мягкую или умеренную ГБО (mild hyperbaric oxygen therapy), в которой терапия проводится при давлениях менее 1,5 атм.

По причине широкого спектра противопоказаний и ограничений (в том числе связанных с противопожарной безопасностью) гипербарическая оксигенация проводится специально подготовленным медперсоналом, допущенным к работе с лечебными гипербарическими системами. Метод применяется исключительно в лечебных учреждениях и практически не используется в эстетической медицине и косметологии. В отличие от этого, нормобарическая оксигенация – лечебное применение газовых смесей с повышенным содержанием кислорода при нормальном атмосферном давлении. Практически не имеющий противопоказаний, этот метод широко применяется в спа-салонах, салонах красоты и лечебно-оздоровительных центрах.

Источниками кислорода при нормобарической оксигенации могут быть цилиндры с кислородом, существенным недостатком которых является пожароопасность, а также безопасные концентраторы кислорода – аппараты, которые позволяют получать кислород из атмосферного воздуха. Принцип работы концентраторов кислорода основывается на производственной технологии Preserve Absorption (PSA) Technology-NASA и заключается в том, что профильтрованный атмосферный воздух подается на «молекулярное сито», состоящее из шариков неорганического силиката (цеолита), где абсорбируются молекулы азота и пропускаются молекулы кислорода. В результате этого процентное содержание кислорода на выходе из «молекулярного сита» составляет 95%. Подобные системы находят все более широкое применение в последнее время благодаря двум основным преимуществам: отсутствию необходимости доставки кислорода от источника и высокая техническая надежность аппаратуры. Кроме того, концентратор кислорода мобилен, несложен и безопасен в эксплуатации.

Экспериментальные и клинические исследования выявили, что оксигенация, помимо ликвидации гипоксии, обладает и свойством повышения способности клетки к антиоксидантной защите. Пациенты сравнивают свои ощущения после одного сеанса с ощущениями прогулки в лесу после грозы, а после курса ГБО (10–12 сеансов) – с ощущениями после отпуска (полон сил и энергии). У здоровых людей умеренная ГБО существенно повышает адаптационные возможности организма, снижает риск возникновения болезней. Сеансы в барокамере снимают усталость, восстанавливают силы после напряженной работы, повышают мышечный тонус, оказывают антистрессовое, общеукрепляющее и тонизирующее действие, снижают неблагоприятное влияние загрязненной атмосферы. Прошедшие курс оксигенации пациенты отмечают увеличение работоспособности и стабилизацию психоэмоционального состояния. Существенной разницы в терапевтических эффектах НБО и ГБО в большинстве работ не отмечается.

На первый взгляд может показаться, что всё предельно просто: недостаток кислорода компенсируется его избытком в воздухе подобно тому, как при недостатке витаминов их употребление исправляет ситуацию. Но с точки зрения физиологии поступление кислорода из лёгких в ткани осуществляется через кровь, насыщение которой кислородом в норме составляет 97% и подъём этой цифры до 100% при вдыхании чистого кислорода несущественен. В горах на высоте около 3000 м содержание кислорода в воздухе снижено на 30% насыщение крови кислородом падает до 90% и здесь, действительно, по хорошо известному опыту альпинистов и лётчиков негерметизированных самолётов, вдыхание кислорода оказывает существенный эффект.

Содержание кислорода в воздухе колеблется в течение года от максимального в январе (320 г/м3) до минимального в июле (270 г/м3). Возможно, поэтому в июле нас одолевает лень, состояние расслабленности и желание уйти в отпуск. Многие экологи, считают, что сегодня жители крупных мегаполисов страдают от хронической нехватки кислорода. Так, под землей (в метро, в переходах и подземных торговых центрах) концентрация кислорода в воздухе составляет 20,4%, в высотных зданиях - 20,3%, а в битком набитом вагоне наземного транспорта - всего лишь 20,2%. Физиологи знают, что повышение концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе до уровня около 30%, благотворно сказывается на здоровье человека и его работоспособности. Не зря космонавты на Международной космической станции дышат воздухом, содержащим 33% кислорода.

Современная наука столкнулась со следующим парадоксом: снижение уровня кислорода в городах не столь существенно, для снижения обеспечения им тканей, но сеансы вдыхания чистого кислорода существенно улучшают здоровье во многих случаях. Конечно, учёные не верят в то, что за несколько сеансов ГБО можно «надышаться» так, что атмосферная гипоксия будет не страшна в течение месяцев. Исследования учёных начинают давать ответы на этот парадокс, и предлагаемые ими ответы мы рассмотрим ниже.

Ускорение заживления ран

Состояние оксигенации тканей является ключевым фактором заживления ран. При возникновении ран обычно происходит нарушение нормального кровоснабжения в области раневой поверхности, что приводит к локальной гипоксии и нарушению многих процессов, необходимых для заживления. Достаточно назвать такие процессы как основанный на дыхании митохондрий метаболизм клеток, в результате которого происходит синтез белков, деление клеток и их рост, созревание коллагена, основного белка экстраклеточного матрикса, синтез окиси азота, как регулятора просвета сосудов и процессов формирования новых сосудов (ангиогенеза). Кроме этих процессов, в большом количестве кислорода нуждаются лейкоциты, которые синтезируют активные формы кислорода (АФК): супероксид анион-радикал и перекись водорода, которые убивают бактерии и не позволяют тем самым допустить заражения ран патогенными микроорганизмами. АФК также выполняют важную функцию сигнализации для различных клеток. Супероксид анион-радикал и перекись водорода стимулируют эндотелиальные клетки к образованию новых сосудов, а также пролиферации. Кислород также необходим для синтеза нейтрофилами хлорноватистой кислоты (HOCl), мощного дезинфицирующего средства.

Рис. 1. Неоднородное распределение кислорода в ране: гипотетические области с различной степенью гипоксии. Чёрным цветом обозначены области аноксии, синим ― области выраженной гипоксии, красным и розовым ― области с нормальным содержанием кислорода. Бактерии обозначены зелёным цветом.

Роль оксигенации в заживлении ран детально рассмотрена в обзоре Sen CK. Wound healing essentials: let there be oxygen. Wound Repair Regen. 2009 Jan-Feb;17(1):1-18, где приведен рисунок, схематически иллюстрирующий роль оксигенации в процессах заживления ран (рис. 1).

Важно отметить, что применение искусственной оксигенации не только ускоряет заживление ран, но и оказывается весьма эффективным в случае лечения незаживающих ран, таких как, например, при синдроме диабетической стопы, сопровождающемся язвами стоп разной тяжести. Уменьшение периферического кровотока и локальное снижение образования новых сосудов являются решающими факторами, которые способствуют развитию незаживающих ран у этих больных. Проведение процедур оксигенации позволяет эффективно осуществить коррекцию нарушенной ангиогенеза, что является ключевым компонентом в лечении хронических ран нижних конечностей и диабетической язвы стопы (Liu ZJ, Velazquez OC. Hyperoxia, endothelial progenitor cell mobilization, and diabetic wound healing. Antioxid Redox Signal. 2008 Nov;10(11):1869-82).

Важно понимать, что уровень оксигенации тканей играет не только непосредственную роль в их метаболической и антибактериальной активностях, но является стимулом для выхода из костного мозга эндотелиальных прогениторных клеток (ЭПК), которые участвуют в восстановлении эндотелия и формирования новых сосудов. Термины «прогениторная» или «стволовая» клетка, или «клетка-предшественник» относятся к клеткам иммунной системы, которые обладают способностью к самообновлению и дифференцировке в различные типы клеток. Именно поэтому эти клетки могут восстанавливать функции повреждённых тканей.

Мобилизация стволовых клеток при оксигенации

Стволовые клетки, также называемые прогениторными клетками, имеют решающее значение для восстановления поврежденных тканей. Стволовые клетки – это недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей. Интересно отметить, что сам термин стволовые клетки (нем. Stammzelle) был введен в науку в 1909 г. русским гистологом Александром Максимовым (1874 – 1928) (Императорская военно-медицинская академия).

Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. В человеческом организме таких видов клеток более 220. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. Тем не менее, в процессе старения организма их количество уменьшается.

Так, например, в костном мозге новорожденного одна стволовая клетка приходится на 10 тысяч кроветворных, у подростка – на 100 тысяч, у 50-летнего – на 500 тысяч, а у 70-летнего – на миллион. Однако полностью эти клетки не исчезают никогда, а значит, их можно выделить, размножить и активировать и на этом построены методы лечения стволовыми клетками. В современной медицине стволовые клетки человека трансплантируют, то есть пересаживают в лечебных целях. Например, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток производится для восстановления процесса гемопоэза (кроветворения) при лечении лейкозов и лимфом.

В связи с вышесказанным становится понятным тот огромный интерес, который вызвала в научном мире работа американских учёных (Thom SR, Bhopale VM, Velazquez OC, Goldstein LJ, Thom LH, Buerk DG. Stem cell mobilization by hyperbaric oxygen. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006 Apr; 290 (4): H1378-86.), обнаруживших, что у пятидесятилетних добровольцев, проходивших сеансы оксигенации значительно увеличилось содержание в крови стволовых клеток. А именно, уже после одного 2-х часового сеанса ГБО (давление 2 атм) количество стволовых клеток, поступивших из костного мозга в кровь, увеличилось втрое. После 10 сеансов – в 6 раз, а после 20 в 8 раз. По мнению авторов на основании экспериментов, проведенных с лабораторными животными, исследователи пришли к выводу, что в механизме мобилизации стволовых клеток ключевую роль играет окись азота (NO), которая синтезируется из аминокислоты аргинина ферментом NO-синтазой. Предполагается, что оксигенация приводит к активации этого фермента и запускает каскад реакций, приводящих к мобилизации стволовых клеток в кровеносное русло, по которому они поступают к повреждённым тканям и осуществляют их заживление путём превращения в специализированные клетки тканей. По мнению Стивен Тома, профессора в Университете Пенсильвании и ведущего автора упомянутого исследования: «Это самый безопасный для клиники способ, позволяющий увеличить циркуляцию стволовых клеток, и он намного безопаснее, чем любой из фармацевтических вариантов». Он также добавил: «Это исследование дает информацию о новом фундаментальном механизме кислородной терапии и предлагает новый вариант терапии для мобилизации стволовых клеток.»

Таким образом, когда мы получаем травму или заболеваем, многие наши клетки тоже повреждаются или даже погибают. Когда это происходит, стволовые клетки активируются. Стволовые клетки обеспечивают восстановление поврежденных тканей и заменяют старые и отмирающие клетки. Таким образом, наши стволовые клетки поддерживают наше здоровье и предотвращают наше преждевременное старение. Стволовые клетки можно сравнить с нашей собственной армией микроскопических врачей и оксигенация является безопасным способом активизации этих микроскопических врачей в нашем организме.

Почему именно гипероксия запускает NO-каскад, ведущий к мобилизации стволовых клеток?

Хотя неопровержимые факты научных публикаций свидетельствуют о мощном эффекте вдыхания чистого кислорода на мобилизацию стволовых клеток, остаётся непонятным вопрос о том, что является пусковым механизмом этого процесса. Ведь насыщенность гемоглобина кислородом в крови на равнине составляет около 97%, практически независимо от того, каким воздухом мы дышим с высоким или обычным содержанием кислорода. Единственное место в организме, где при вдыхании чистого кислорода его концентрация возрастает значительно, а точнее почти в 5 раз, является воздух внутри альвеол. Как показали физиологи, в альвеолах есть рецепторы, реагирующие на концентрацию кислорода в воздухе, но главное при повышении концентрации кислорода в альвеолах происходит активизация одного из видов NO-синтазы (Dweik RA, Laskowski D, Abu-Soud HM, Kaneko F, Hutte R, Stuehr DJ, Erzurum SC. Nitric oxide synthesis in the lung. Regulation by oxygen through a kinetic mechanism. J Clin Invest. 1998 Feb 1;101(3):660-6.), а именно индуцированной синтазы оксида азота (NOS II). Основной функцией этого фермента, как предполагают учёные, является иммунная защита от патогенов. Таким образом, в легких присутствуют NO-синтазы, активность которых регулируется концентрацией кислорода во вдыхаемом воздухе.

Какое физиологическое значение может иметь зависимая от уровня кислорода продукция оксида азота? Возможно, что NO смягчает повреждение клеток, происходящее по механизму ишемия-реперфузия, то есть поступление кислорода в ишемизированные ткани. Как известно, оксигенация тканей после значительной ишемии только усугубляет их повреждение, поскольку повреждённые при ишемии митохондрии не способны использовать кислород как это происходит в нормальных тканях и поступающий кислород оказывается в избытке, вызывая повреждение клеток по типу окислительного стресса (липопероксидации). Как показано, в одной из недавно опубликованных работ (Baynosa RC, Naig AL, Murphy PS, Fang XH, Stephenson LL, Khiabani KT, Wang WZ, Zamboni WA. The effect of hyperbaric oxygen on nitric oxide synthase activity and expression in ischemia-reperfusion injury. J Surg Res. 2013 Jul;183(1):355-61.) именно NO способен смягчать такое повреждение.

Оксигенация может препятствовать развитию фиброза

Фиброз (лат. fibrosis) – уплотнение соединительной ткани с появлением рубцовых изменений в различных органах (печени, лёгких, сердце, кожи и т. д.), возникающее, как правило, в результате хронического воспаления. Развитие фиброза рассматривается как реакция организма, направленная на изоляцию очага воспаления от окружающих тканей и системного кровотока. Фиброзное замещение тканей приводит к постепенной утрате их специфических функций и дисфункции пораженного органа (например, легочная недостаточность при фиброзе легких). Причинами могут быть облучение, травма, инфекционно-аллергические и другие процессы. Одним из механизмов образования фиброза является эпителиально-мезенхимальный переход, при котором эпителиальные клетки приобретают фенотипические свойства мезенхимальных клеток. Мезенхимальные клетки способны активно секретировать компоненты внеклеточного матрикса – коллагены, фибронектин, что может способствовать образованию рубца.

В эстетической медицине с фиброзом связана проблема образования рубцов. С медицинской точки зрения рубец является следствием заживления повреждения кожи и замещения кожного дефекта соединительной тканью, он представляет собой завершающий этап восстановления кожного покрова. С точки зрения косметолога, рубец – косметический недостаток, который, при современном арсенале методов можно и нужно устранить или хотя бы уменьшить. Среди причин их образования выделяют травмы (шрамы после порезов, рваных и колотых раны, ожогов, хирургических операций) и последствия заболеваний кожи (угревой сыпи, фурункулов, флегмон, оспы и др.).

Можно предотвратить развитие фиброза, используя оксигенацию, которая вызывает мобилизацию стволовых клеток? На этот вопрос попытались ответить исследователи в опубликованной в 2014 г. работе (Spiegelberg L, Swagemakers SM, Van Ijcken WF, Oole E, Wolvius EB, Essers J, Braks JA. Gene Expression Analysis Reveals Inhibition of Radiation-Induced TGFβ-Signaling by Hyperbaric Oxygen Therapy in Mouse Salivary Glands. Mol Med. 2014 Jul 10;20(1):257-69.), где на экспериментальных животных моделировали развитие фиброза подчелюстных слюнных желёз после воздействия радиации (15 Gy). В клинической практике развитие фиброза слюнных желёз встречается после радиотерапии опухолей головы и шеи.

Сеансы оксигенации животным проводили 5 раз в неделю на протяжении 2 недель по 30 мин при давлении 2,2 атм, в отдельных случаях максимальное число сеансов составляло 20. Результаты проведенных экспериментов показали, что сеансы ГБО полностью подавляли развитие фиброза у облучённых животных. Авторы связывают это с подавлением активации цитокина TGFβ (трансформирующий ростовой фактор бета (англ. Transforming growth factor beta) – белка, который контролирует пролиферацию, клеточную дифференцировку и другие функции в большинстве клеток. Активация продукции этого цитокина имеет ключевое значение для развития фиброза. TGF-beta действует как антипролиферативный фактор в нормальных эпителиальных клетках и на ранних стадиях онкогенеза.

В качестве удобного маркёра фиброза авторы использовали иммунохимическое выявление на гистологических срезах изоформы актина α-SMA (Alpha-Smooth Muscle Actin – альфа-гладкомышечный актин). Этот белок играет определяющую роль в развитии фиброза, поскольку именно активизация фибробластов, экспрессирующих α-SMA, связана с развитием фиброза [8]. На рис. 2. представлены срезы подчелюстной железы с иммунохимической окраской α-SMA (коричневый цвет) у контрольных (слева), облучённых (в середине) и облученных с последующим проведением сеансов ГБО. Препараты приготовлены через 24 недели после облучения. Как видно из представленных микрофотографий α-SMA выявляется в значительно большей степени у облученных животных. У животных, получавших сеансы оксигенации, наличие α-SMA практически такое, как у контрольных животных, что убедительно доказывает подавление развития фиброза при проведении сеансов окситерапии.

Рис. 2. Гистологические срезы подчелюстных желёз с иммунохимической окраской α-SMA (на верхнем ряду длина черного отрезка равна 200 мкм, на нижнем – 50 мкм). Слева – срезы контрольных животных, в середине – облучённых, справа – облучённых с сеансами оксигенации. Препараты приготовлены через 24 недели после облучения (Shen Cherng, Jenny Young, Hongbao M. Alpha-Smooth Muscle Actin (α-SMA). The Journal of American Science, 2008, 4(4), 7-9.)

Таким образом, сеансы оксигенации, по-видимому, оказывают благотворное воздействие на организм благодаря чувствительности рецепторов альвеол к содержанию кислорода в альвеолярном воздухе и продукции альвеолярных клеток оксида азота в кровеносное русло. В конце 20-го века оксид азота становится новой «путеводной звездой» в медицине, указывающей направление поиска лекарственных средств против множества болезней. За разработку проблемы окиси азота в биологии и медицине ряд ученых удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине 1998 года. Точная формулировка звучит так: «Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена за открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе». Нобелевскими лауреатами стали американские ученые Роберт Форшготт, Ферид Мьюрэд и Луис Игнарро. Оказалось, что окись азота управляет как внутриклеточными, так и межклеточными процессами в живой клетке. Многие болезни - гипертония, ишемия миокарда, тромбозы, рак - вызваны нарушением физиологических процессов, которые регулирует окись азота. Именно по этой причине окись азота представляет огромный интерес для биологов и медиков самых разных специальностей. Схематично основные эффекты, обусловленные повышением концентрации оксида азота, показаны на рис. 3 (Петренко Ю. Окись азота и судьба человека. Наука и жизнь, 2001, №7, 40-43.).

Возможно, большинство целебных эффектов оксигенации в кислородных камерах связаны именно с активацией индуцибельной NO-синтазы лёгких. А долговременные эффекты улучшения здоровья, возможно, обусловлены мобилизацией стволовых клеток, увеличением их концентрации в крови и ускорением репаративных процессов в тех участках организма, где происходит обновление тканей. Важно отметить, что стволовые клетки сами способны находить такие участки и осуществлять процессы репарации. Так что, действительно, слова о том, что можно «стать моложе, если ветра весёлого хлебнуть» вполне подтверждаются современной наукой, правда «хлебать ветер» удобнее в кислородных камерах (рис. 4).

Рис. 3. Основные эффекты оксида азота в организме человека [9].

Рис. 4. Внешний вид кислородной камеры O2ONE-H810.

Как отмечают врачи, использующие кислородные камеры, сразу после сеанса баротерапии происходит восстановление энергетики организма, проходит усталость, повышается тонус мышц. Ускоряется заживление травм связок и мышц, которым часто подвержены спортсмены, быстрее и легче обретается оптимальная спортивная форма и увеличивается ресурс выносливости. Причём всего этого можно достичь, принимая лишь одно «лекарство» – молекулы кислорода в максимальной концентрации, отдыхая в кислородной камере (рис. 4, 5).

Рис. 5. Кислородная камера Oxysys 4500

• Противопоказания к применению эфирных масел
• Применение эфирных масел в гидротерапии. ...
• Cпрей Profi Delux от Institute Hyalual ...

• Назад
• Вперёд