极端医学中呼吸气体混合物应用的科学研究趋势分析

全文:

ОБОСНОВАНИЕ

Исследования по применению газовых дыхательных смесей (ГДС) для целей экстремальной медицины, повышения, сохранения и восстановления работоспособности специалистов экстремальных видов деятельности (космонавты, водолазы, лётчики, подводники, пожарные и другие) или в интересах клинической медицины для коррекции психического состояния или анестезии активно проводились российскими исследователями ранее [1] и продолжаются в последние десятилетия.

В изданных обзорах содержится анализ перспектив использования ГДС в медицинской практике [2–5], в том числе при изучении нейропротекции и при использовании в анестезиологии для наркоза [5–8], по влиянию кислородно-ксеноновых смесей на интенсивность послеоперационного болевого синдрома у онкологических больных [9], по использованию кислородно-гелиевых смесей в терапии пневмоний и COVID-19 [10], по лечению зависимостей, других психических расстройств [11–13] и заболеваний у детей [14–16], по поддержанию жизнеспособности раненых с большой кровопотерей в условиях переохлаждения [17] и при других состояниях организма человека.

Значительное количество исследований по применению ГДС, в основном с использованием ксенона, посвящено коррекции функционального состояния организма спортсменов и специалистов экстремальных профессий [18–20], например, при медицинском обеспечении подводных погружений [21, 22].

В предыдущей статье представлен кластерный анализ содержания 513 журнальных статей, опубликованных в 2006–2023 гг. При помощи программы VOSviewer ключевые слова в статьях были объединены в 7 кластеров. Кластеры перечислены по величине общей силы связи ключевых слов, которая была несколько отличной от числа статей: вопросы ксеноновой анестезии изучались в 29,0% публикаций, гипоксических тренировок — в 22,5%, газового состава в замкнутых пространствах — в 22,0%, кислородно-гелиевых смесей — в 16,4%, влияния ГДС на нейропротекцию — в 4,4%, кислородно-ксеноновых смесей при стрессе — в 3,6%, ГДС при низкопоточной анестезии — в 3,6%. Выявлены ведущие отечественные научные школы и учёные, исследовавшие влияние ГДС на организм человека и животных [23].

Цель исследования. Выявить динамику и структуру направлений научных исследований российских авторов по применению ГДС в экстремальной медицине.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Изучили научные публикации, проиндексированные в Российском индексе научного цитирования.

Поиск включал в себя следующее:

• ключевые слова: «газовые дыхательные смеси», «ксенон», «аргон», «гелий», «кислородные смеси»;
• где искать: в заглавии, ключевых словах и рефератах статей в журналах, материалах научных конференций, конгрессов, патентах на изобретения и полезные модели;
• период публикации: 2006–2023 гг.

По поисковым режимам получили несколько подборок, которые объединили в общий массив из 788 публикаций по использованию ГДС.

Публикации этого массива изучили рутинным способом и соотнесли с рубриками разработанного классификатора (табл. 1). В разделы 2.1–2.4 и 5.1–5.2 были включены следующие подразделы: с ксеноном, с гелием, с закисью азота, с другими газами; в разделы 3.1–4.4 — дополнительно к указанным: с повышенным и пониженным содержанием кислорода; в раздел 4.5 — спортсмены, моряки, лётчики, другие специалисты экстремальных профессий.

 

Таблица 1. Классификатор изучения научных исследований по применению газовых дыхательных смесей

Table 1. Classifier for the study of scientific research on the use of gaseous breathing mixtures

Рубрики Categories			Всего, % Total (%)	В науке, % In science (%)
1. Общие вопросы | General questions			1,5
1.1.	Съезды, конгрессы, конференции, персоналии Convention, congresses, conferences, personalities
1.2.	Правовое регулирование | Legal regulation
2. Технические науки | Technical sciences			8,7	100,0
2.1.	Устройства для получения фармацевтических субстанций Devices for the production of pharmaceutical substances			53,2
2.2.	Устройства для наркоза | Anesthesia devices			5,5
2.3.	Устройства для оптимизации функционального состояния и работоспособности Devices for optimizing the functional state and operability			15,6
2.4.	Устройства для лечения заболеваний | Devices for the treatment of diseases			25,6
3. Биологические науки | Biological sciences			13,7	100,0
3.1.	Маркеры использования на животных | Markers of use on animals			34,9
3.2.	Оценка использования по клинико-лабораторным показателям (иммунология, клеточные показатели крови и пр.) | Evaluation of usage based on clinical and laboratory parameters (immunology, blood cell counts, etc.)			38,9
3.3.	Оценка использования по электрофизиологическим показателям (электроэнцефалография, спектроскопия и пр.) | Assessment of usage by electrophysiological parameters (electroencephalography, spectroscopy, etc.)			26,2
4. Физиологические науки | Physiological sciences			33,7	100,0
4.1.	Влияние на сердечно-сосудистую систему | Effects on the cardiovascular system			11,6
4.2.	Влияние на систему дыхания | Effects on the respiratory system			9,3
4.3.	Влияние на органы чувств (зрение, слух) | Effects on the senses (vision, hearing)			2,4
4.4.	Влияние на психические функции, нейропротекцию, боль Effects on mental functions, neuroprotection, pain			21,1
4.5.	Оптимизация функционального состояния и работоспособности Optimization of functional status and operability			55,5
5. Медицинские науки | Medical Sciences			40,2
5.1.	Использование для наркоза | Use for anesthesia
5.2.	Лечение заболеваний с применением газовых дыхательных смесей (по классам МКБ-10) Treatment of diseases with the use of gas breathing mixtures (according to ICD-10 classes)			100,0
	5.2.1.	Некоторые инфекционные заболевания, COVID-19 (I) Some infectious diseases, COVID-19 (I)		17,4
	5.2.2.	Новообразования (II) | Neoplasms (II)		10,4
	5.2.3.	Психические расстройства, зависимости (V) | Mental disorders, addictions (V)		9,7
	5.2.4.	Болезни нервной системы (VI) | Diseases of the nervous system (VI)		15,1
	5.2.5.	Болезни глаза и его придаточного аппарата (VII) Diseases of the eye and its accessory apparatus (VII)		2,0
	5.2.6.	Болезни уха и сосцевидного отростка (VIII) | Diseases of the ear and mastoid process (VIII)		2,0
	5.2.7.	Болезни системы кровообращения (IX) | Diseases of the circulatory system (IX)		10,9
	5.2.8.	Болезни органов дыхания (X) | Respiratory diseases (X)		9,9
	5.2.9.	Болезни костно-мышечной системы и соединительной ткани (XIII) Diseases of the musculoskeletal system and connective tissue (XIII)		7,4
	5.2.10.	Болезни мочеполовой системы, патология беременности (XIV) Diseases of the genitourinary system, pathology of pregnancy (XIV)		8,1
	5.2.11.	Травмы, отравления и другие воздействия внешних причин (XIX) Injuries, poisoning and other effects of external causes (XIX)		2,3
	5.2.12.	Болезни полости рта, слюнных желёз и челюстей (1-я группа, XI) Diseases of the oral cavity, salivary glands and jaws (group I, XI)		4,8
6. Психологические науки | Psychological sciences			2,2
6.1.	Психологическая реабилитация | Psychological rehabilitation

 

Нередко содержание публикаций относилось к нескольким разделам классификатора. Количество рубрик суммировали (их оказывалось больше, чем изученных публикаций) и определяли процентные соотношения исследований.

Нозологии, при лечении и реабилитации которых применяли ГДС, распределили по классам Международной классификации болезней и проблем, связанных со здоровьем, 10-го пересмотра (МКБ-10).

Развитие направлений научных исследований изучали при помощи анализа динамических рядов и расчёта полиномиального тренда второго порядка [24] применительно к техническим, биологическим, физиологическим и медицинским наукам и различным газовым смесям. Коэффициент детерминации (R²) демонстрировал связь построенного тренда с данными: чем больше R² (максимальный 1,0), тем больше приближался он к реально наблюдавшимся данным.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полиномиальный тренд при высоком коэффициенте детерминации показывал увеличение числа публикаций, что может свидетельствовать об актуальности исследований и повышении интереса учёных к проблемам использования ГДС в экстремальной медицине (рис. 1). Например, если в 2006 г. издана 31 публикация, то в 2023 г. — 66, увеличение — в 2,1 раза.

 

Рис. 1. Динамика количества изученных публикаций (a) и структура типа изданий (b).

Fig. 1. Dynamics of the number of publications studied (a) and the structure of the publications by types (b).

 

Статей в рецензируемых журналах было 513 (65,1%), в материалах конференций — 118 (15,0%), патентов на изобретения и полезные модели — 108 (13,7%), авторефератов диссертаций — 45 (5,7%), прочих — 4 (0,5%).

При высоких коэффициентах детерминации полиномиальные тренды исследований по биологическим, физиологическим и медицинским проблемам применения ГДС демонстрируют увеличение данных (рис. 2). Например, в 2006 г. по биологическим проблемам было 7 публикаций, в 2023 г. — 22, увеличение — в 3,1 раза; по физиологическим наукам — 15 и 42 соответственно, увеличение – в 2,8 раза; по медицинским наукам — 20 и 45 соответственно, увеличение — в 2,3 раза. При невысоком коэффициенте детерминации тренд исследований по техническим проблемам напоминал U-кривую (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Динамика количества исследований по применению газовых дыхательных смесей в технических и биологических науках (a), в физиологических и медицинских науках (b).

Fig. 2. The dynamics of the number of studies on the use of gas breathing mixtures in technical and biological sciences (a), in physiological and medical sciences (b).

 

Общие вопросы применения ГДС рассматривались в 1,5% публикаций, технические проблемы — в 8,7%, биологические — в 13,7%, физиологические — в 33,7%, медицинские — в 40,2%, психологические — в 2,2% (см. табл. 1).

В анализируемом массиве данных в состав ГДС ксенон входил в 47,3% публикаций, гелий — в 19,4%, повышенное и пониженное содержание кислорода — в 11,5 и 9,7%, другие газы — в 12,1%. Необходимо также отметить высокую стоимость инертных газов и необходимость проведения исследований по их извлечению из окружающей среды, что будет способствовать снижению себестоимости [25, 26].

С высокими коэффициентами детерминации полиномиальные тренды публикаций по использованию в ГДС ксенона и гелия показывали рост показателей (рис. 3). Например, в 2006 г. действие ксенона изучалось в 18 работах, в 2023 г. — в 45, увеличение — в 2,5 раза; гелия — в 7 и 21 работах соответственно, увеличение — в 3 раза.

 

Рис. 3. Динамика количества исследований по применению в газовых дыхательных смесях ксенона и гелия (a), кислорода с разным содержанием (b).

Fig. 3. Dynamics of the number of studies on the use of xenon and helium (a) and oxygen with different contents (b) in gas breathing mixtures.

 

При низких коэффициентах детерминации полиномиальный тренд по применению повышенного содержания кислорода в ГДС напоминал U-кривую с тенденцией увеличения публикаций, пониженного содержания кислорода — пологую инвертированную U-кривую с тенденцией уменьшения данных в последний период наблюдения (см. рис. 3).

Уместно указать, что в последние годы увеличивается число работ, в которых изучается действие на организм человека и животных других газов, например, аргона, азота в разных концентрациях и пр.

В структуре технических исследований в 53,2% работ представлялись устройства для получения фармацевтических субстанций ГДС (см. табл. 1). В технических устройствах ксенон предполагали использовать в 37,7% работ, гелий — в 28,4%, повышенное содержание кислорода — в 11,9%, другие газы — в 22,0%.

В структуре биологических исследований результаты использования ГДС по выделенным рубрикам классификатора были в близких по значимости долях (см. табл. 1). В качестве объекта исследований ксенон был в 46,0% работ, гелий — в 12,8%, кислород с повышенным содержанием — в 8,7%, с пониженным содержанием — в 15,1%, другие газы — в 17,4% работ.

В структуре физиологических исследований в 55,5% работ изучалось влияние ГДС на оптимизацию функционального состояния и работоспособность специалистов экстремальных профессий (см. табл. 1), в том числе спортсменов (44,3%), моряков (29,1%), лётчиков (5,5%), пожарных, спасателей и пр. (21,1%). В публикациях, соотнесённых с физиологическими науками, в состав ГДС ксенон входил в 25,7% работ, гелий — в 15,4%, аргон — в 8,3%, кислород с повышенным содержанием — в 17,8%, с пониженным содержанием — в 28,0%, другие газы — в 4,8%.

В структуре медицинских исследований по применению ГДС при наркозе оказалось 21,7% работ, при лечении заболеваний — 78,3% (рис. 4). При медицинских исследованиях в составе ГДС ксенон присутствовал в 65,1% работ, гелий — в 21,9%, повышенное содержание кислорода — в 6,4%, закись азота — в 1,0%, другие газы — в 5,6%. Структура лечения нозологий по классам МКБ-10 с использованием ГДС показана на рис. 4.

 

Рис. 4. Структура применения газовых дыхательных смесей в медицинских работах (a), номенклатура газовых дыхательных смесей (b), лечение нозологий (c).

Fig. 4. The structure of the use of gas breathing mixtures in medical work (a), the nomenclature of gas breathing mixtures (b), the treatment of nosologies (c).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение ГДС в интересах экстремальной медицины и специалистов экстремальных видов деятельности, клинической медицины для коррекции психического состояния или анестезии достаточно широко представлены в научных работах российских авторов.

В целом отмечается позитивное влияние применения в составе ГДС инертных газов для оптимизации функционального состояния организма пациентов при некоторых нозологиях и повышения стрессоустойчивости специалистов экстремальных профессий. В то же время необходимо продолжить исследования по изучению влияния различных комбинаций ГДС на организм животных и человека, извлечению из окружающей среды инертных газов и снижению их себестоимости.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. С.С. Алексанин, В.Ю. Рыбников — методология исследования, редактирование окончательной версии статьи; В.И. Евдокимов — создание рубрикатора статей, статистический анализ данных, подготовка иллюстраций, написание первого варианта статьи; И.Р. Кленков — создание рубрикатора статей, рубрикация статей; М.С. Плужник — анализ первичных данных, перевод реферата, транслитерация списка литературы, написание первого варианта статьи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contribution. S.S. Aleksanin, V.Yu. Rybnikov — methodology of the research, editing of the final version of the article; V.I. Evdokimov — creation of the article rubricator, statistical data analysis, preparation of illustrations, writing the first version of the article; I.R. Klenkov — creation of an article rubricator, article rubrication; M.S. Pluzhnik — analysis of primary data, translation of the abstract, transliteration of the list of references, writing the first version of the article. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

作者简介

Sergey S. Aleksanin

The Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: aleks.serg@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-6998-1669
SPIN 代码: 1256-5967

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, St. Petersburg

Vladimir I. Evdokimov

The Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

编辑信件的主要联系方式.
Email: 9334616@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0771-2102
SPIN 代码: 1692-4593
Scopus 作者 ID: 57197809577
Researcher ID: LVS-1625-2024

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, St. Petersburg

Ilyas R. Klenkov

Kirov Military Medical Academy

Email: klen.ir@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1465-1539
SPIN 代码: 9827-8535

MD, Cand. Sci. (Medicine)

俄罗斯联邦, St. Petersburg

Viktor Y. Rybnikov

The Nikiforov Russian Center of Emergency and Radiation Medicine

Email: rvikirina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5527-9342
SPIN 代码: 3720-0458

MD, Dr. Sci. (Medicine), Dr. Sci. (Psychology), Professor

俄罗斯联邦, St. Petersburg

Mihail S. Pluzhnik

Kirov Military Medical Academy

Email: pluzhnikms@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-0535-533X
SPIN 代码: 6513-3583
俄罗斯联邦, St. Petersburg

参考

补充文件