Весной 2016 года Фонд перспективных исследований (ФПИ) объявил о запуске проекта по разработке технологии жидкостного дыхания. Изначально планировалось, что оно обеспечит спасение экипажей подводных лодок, терпящих бедствие на больших глубинах. При быстром автономном всплытии людей на поверхность возникает кессонная болезнь, что приводит к гибели.
В 2017 году фонд открыл в Москве на базе Научно-исследовательского института медицины труда им. академика Н.Ф. Измерова лабораторию по разработке технологии. Были достигнуты определенные успехи, проведены натурные испытания на мышах и других мелких животных, а затем на собаках.
Пандемия коронавирусной инфекции в 2020 году акцентировала другой аспект применения технологии — лечение тяжелых патологий бронхолегочных заболеваний. Специалисты, с которыми поговорил ТАСС, отмечают, что инновация может с успехом применяться для спасения недоношенных детей, детей с тяжелыми врожденными патологиями, а также людей с тяжелыми поражениями легких.
Хорошо забытое старое
Исследование технологии жидкостного дыхания было, конечно, начато не в 2016 году, а гораздо раньше. Еще в СССР проводились большие работы по разработке перфторана — субстанции-кровезаменителя с функцией переноса кислорода (сейчас применяется в качестве противоишемического и противогипоксического лекарственного средства). Препарат был разработан коллективом советских ученых. Работы начались в 1979 году под руководством врача-анестезиолога Феликса Белоярцева.
Однако распад СССР привел к тому, что основные мощности по производству перфторана остались на территории Украины. Впоследствии лаборатория там была ликвидирована, технологии почти утрачены и клиническое применение сведено до минимума.
Если брать зарубежный опыт, то начиная с 80–90-х годов прошлого века проводился ряд исследований по методикам жидкостного дыхания. Сегодня самые большие по масштабу идут в университете города Шербрук (Канада). Там в 2000-х годах было разработано несколько вариантов жидкостного вентилятора и проведено большое количество испытаний на животных. Также — последний вид аппарата для искусственного жидкостного дыхания — Inolivent6. Но по разным причинам исследования ограничены до сих пор испытаниями на животных и до клинического применения канадские специалисты не дошли.
Жидкостное дыхание в реанимации и неонатологии
В 2019 году ФПИ начал сотрудничество с ФГБУ "Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова" Министерства здравоохранения РФ по разработке и внедрению жидкостного дыхания в неонатологии.
Как рассказал ТАСС директор Центра им. академика В.И. Кулакова, академик РАН, профессор, доктор медицинских наук Геннадий Сухих, изучив имеющиеся материалы, ученый совет медицинского центра пришел к выводу, что технология жидкостной искусственной вентиляции легких является перспективным направлением современной неонатальной реаниматологии.
"Порой в своей работе — спасении, выхаживании недоношенных детей и детей с тяжелыми врожденными пороками — мы сталкиваемся с ситуацией, когда уже ничего не можем сделать, имея на вооружении только старые методы. На мой взгляд, новая технология обеспечения дыхательных систем станет одной из ключевых точек дальнейшего роста неонатологии и детской хирургии. Такие фразы редко сейчас звучат, но в мире сейчас нет аналогов российским разработкам жидкостного дыхания. Наша задача сейчас — не опоздать, сделать все очень консолидированно", — сказал академик РАН.
В течение 2020 года ведущие специалисты центра участвовали в проекте "Терек-1" — "Разработка технологии спасения подводников свободным всплытием с использованием метода жидкостного дыхания". Прорабатывалась возможность диверсификации результатов для гражданской медицины и неонатологии, в частности, в НИИ медицины труда им. академика Н.Ф. Измерова были проведены лабораторные эксперименты на животных, в том числе на свиньях весом 70–90 кг и обезьянах. В рамках этих опытов животные подключались к экспериментальному образцу аппарата жидкостного дыхания, их легкие заполнялись специальной субстанцией, в результате происходило насыщение крови растворенным кислородом. Все исследования прошли успешно. В завершение проекта был разработан экспериментальный образец аппарата искусственной жидкостной вентиляции легких и концепция его применения в медицинской практике.
Как пояснил Геннадий Сухих, наиболее перспективными направлениями для использования искусственной жидкостной вентиляции легких в медицинской практике на сегодняшний день являются неонатология и реаниматология.
У новорожденных жидкостное дыхание может использоваться при широком перечне жизнеугрожающих состояний: асфиксия новорожденных при родах, респираторный дистресс-синдром, а также при пороках развития, например, тяжелые формы бронхолегочной дисплазии. В реаниматологии перспективными являются такие направления как лечение респираторного дистресс-синдрома, вызванного как острым поражением легких, в том числе при неспецифической пневмонии и при COVID-19, так и вторичном — при шоке.
Он добавил, что жидкостное дыхание позволяет обеспечить поступление кислорода и удаление углекислого газа из организма в тех случаях, когда искусственная вентиляция легких уже неэффективна. Кроме того, у новорожденных с неразвитыми легкими использование жидкостного дыхания может применяться в терапевтических целях для мягкой формы развития легких, подготовки к самостоятельному дыханию.
Также технологию планируют использовать для ультрабыстрой гипотермии (снижения температуры тела), что позволит смягчить возможное поражение головного мозга или отдельных органов.
Как рассказал академик, уже сегодня при терапии новорожденных существует технология гипотермии. Она применяется в сложных акушерских ситуациях, например когда во время родов возникла асфиксия. На сегодняшний день она успешно используется для того, чтобы смягчить последствия и неврологическую симптоматику, которая потенциально может развиться у ребенка.
"Мы очень аккуратно на 2–3 градусв Цельсия (до 34 градусов) снижаем температуру тела ребенка. Даже этого хватает, чтобы замедлить процессы отмирания клеток", — пояснил он. В таком состоянии ребенок находится обычно около трех суток, в течение которых врачи проводят необходимую терапию. Потом его согревают.
"Если система жидкостного дыхания будет доведена до конца, то, вводя данную жидкость, можно будет создать систему быстрого охлаждения организма до нужных параметров — потенциально можно опустить температуру до 23–28 градусов. Но пока мы будем работать в зоне 32–30 градусов. Мы думаем, что это будет очень существенный вклад в увеличение окна жизни клеток мозга. Вопрос подбора оптимальной температуры охлаждения будет решаться экспериментально", — отметил Сухих.
Кроме того, по его словам, вместе с жидкостью, заполняющей легкие, можно будет доставлять необходимые лекарства, антибиотики. Такой способ введения позволит усилить действие препаратов.
Разработка нового оборудования
Процесс применения жидкостного дыхания, как оказалось, не отличается от типичной процедуры использования аппарата искусственной вентиляции легких. Чтобы заполнить легкие животных (а в будущем и человека) кислородсодержащей жидкостью, не нужны огромные резервуары, куда будут помещаться пациенты. Для этого используется доработанный аппарат ИВЛ, который по трубкам закачивает в организм жидкость с растворенным в ней кислородом.
Как пояснил ТАСС заведующий по клинической работе, врач анестезиолог-реаниматолог отделения хирургии новорожденных Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И. Кулакова Артем Буров, конечно, на данный момент вопросы с оборудованием стоят остро.
"Одной из основных задач на сегодняшний день является создание собственного уникального медицинского аппарата по проведению жидкостной вентиляции легких с возможностью также проведения и ультрабыстрой гипотермии", — сказал он.
Первые жидкостные вентиляторы представляли собой системы жидкостного дыхания, в которых дыхательная жидкость попадала в легкие и выходила из них под действием силы тяжести. Затем они были заменены на аппараты с двухпоршневыми насосами, в которых один поршень предназначен для вдоха, а другой — для выдоха. "Основной проблемой жидкостных вентиляторов является обеспечение точной дозировки вводимой жидкости для дыхания, поскольку даже небольшие отклонения от расчетных величин приводили к баротравме легких", — пояснил Буров.
Он отметил, что задача по разработке удобного, простого, эффективного, безопасного и надежного вентилятора для жидкостного дыхания в условиях интенсивной терапии полностью не решена и сегодня. В этой сфере ФПИ и Центр имени Кулакова сотрудничают с Уральским оптико-механическим заводом им. Э.С. Яламова (УОМЗ, входит в АО "Швабе" госкорпорации "Ростех"). Совместно специалисты разрабатывают совершенно новый аппарат для жидкостного дыхания.
Как в свою очередь рассказал ТАСС генеральный директор холдинга "Швабе" Алексей Патрикеев, в настоящее время специалистами УОМЗ создан научно-технический задел, позволяющий перейти к этапу изготовления макетного образца аппарата жидкостной вентиляции легких.
По его словам, ранее в рамках опытно-конструкторских работ удалось реализовать ряд оригинальных технических решений, направленных на обеспечение безопасности пациента в процессе искусственной жидкостной вентиляции легких в части профилактики баротравмы.
"Кроме того, был разработан, изготовлен и апробирован модуль охлаждения дыхательной жидкости экспериментального образца, позволяющий реализовывать режим сверхбыстрой управляемой гипотермии", — отметил Патрикеев.
В новом аппарате реализована уникальная система управления, позволяющая выполнять основные режимы газовой и жидкостной вентиляции легких, мониторинг жизненно важных параметров пациента.
В марте 2021 года УОМЗ и Центр имени Кулакова договорились о сотрудничестве в сфере производства медицинской техники. Работа по реализации нового аппарата искусственной жидкостной вентиляции будет одной из составляющих совместной деятельности.
Наши специалисты продолжают вести активную работу по проекту. На данном этапе требуется доработка экспериментального образца аппарата, после чего можно будет приступить к клиническим исследованиям метода жидкостного дыхания. В качестве перспективных направлений его применения в клинической практике рассматриваем лечение острого респираторного дистресс-синдрома различного генеза, а также последствий родовой гипоксии в неонатологии.
Когда жидкостное дыхание опробуют люди?
Сегодняшний график проекта по разработке жидкостного дыхания расписан до 2024 года. К этому времени, как рассказал Сухих, должна быть представлена финальная часть технологии, приборов, отработанные методика, аппарат для жидкостного дыхания (в частности для неонатологии) и сама жидкость.
"Проработка доклинических и последующих клинических исследований требует минимум три-четыре года для получения безопасной и нужной медицинской технологии. В этом году будут идти опыты с животными, причем планируется ряд исследований с новорожденными ягнятами и поросятами как моделями, максимально приближенными к новорожденному ребенку. В следующем году надеемся перейти к исследованиям на человеке", — сказал он.
Исследовательские работы будут проходить на базе ФГБНУ НИИ медицины труда им. академика Н.Ф. Измерова. Поэтапно отработают и проведут доклинические испытания технологий жидкостного дыхания от простых к сложным — простое введение жидкости, применение дыхательной жидкости в рамках стандартной искусственной вентиляции легких и, наконец, полная жидкостная вентиляция легких с применением гипотермии.
Также, как рассказал академик РАН, будут проводиться работы по регистрации дыхательной жидкости как фармсубстанции, так и готовой лекарственной формы. Параллельно совместно с конструкторским бюро УОМЗ им. Э.С. Яламова будет разрабатываться опытный образец принципиально нового аппарата искусственной жидкостной вентиляции.
Он также уточнил, что перед специалистами стоит серьезный вопрос изучения влияния жидкостного дыхания на гемодинамику и работу сердца у пациентов. В клинических исследованиях, полученных на данный момент, требуется разобраться в положительном и отрицательном влиянии жидкостного дыхания на работу сердца и научиться управлять данными процессами.
Однако имеющиеся сегодня данные позволяют предположить, что внедрение жидкостного дыхания снизит смертность среди детей, родившихся раньше срока или с тяжелыми патологиями. "Мы полагаем, что из десяти новорожденных, которых мы теряем сегодня, применяя все современные технологии, может, минимум две-три жизни будут сохранены, а может, и больше", — сказал Геннадий Сухих.
Милена Синева