Причиной биологической смерти почти всех животных на земле является гипоксическое повреждение клеток коры их головного мозга [1-9]. В частности, этот механизм смерти присущ всем теплокровным животным, включая человека, и холоднокровным животным, включая рыб [10,11-13]. Поэтому при острой гипоксии живых и здоровых плодов в утробе беременных женщин и взрослых рыб в воде их поведение может быть однотипным. При этом при гипоксии поведение взрослых рыб и плодов внутри матки будет отражать механизмы их адаптации к гипоксии, закрепленные в них генетически в процессе эволюции [1,10]. Поскольку состояние и особенности жизнедеятельности рыб и внутриутробных плодов похожи друг на друга, вполне вероятно, что динамика поведения тех и других при гипоксии может иметь одну и ту же последовательность. Скорее всего, отличие может быть несущественным. Вероятно, что это отличие может касаться продолжительности отдельных периодов адаптации, поскольку интенсивность аэробного метаболизма определяется температурой тела животных, а температура тел плодов и рыб в естественных условиях отличается друг от друга более чем на 10°С [2–5, 14–17].
Цель исследования – определение общей динамики двигательной активности здоровых плодов в утробе беременных женщин и взрослых здоровых рыб в воде при внезапной гипоксии.
Материалы и методы исследования
Проведены клинические наблюдения с помощью УЗИ за двигательной активностью плодов во второй половине беременности у 200 беременных женщин при добровольной задержке ими дыхания во время плановых посещений ими в скрининговые сроки женских консультаций при родильных домах города Ижевска в 2009 – 2013 годы. Ультразвуковое исследование беременных женщин и плодов было проведено с использованием приборов экспертного класса ALOKA SSD – ALPHA 10 и Medison SonoAce-600-C и стандартных датчиков конвексного типа с частотой 3 – 7 МГц по опубликованной ранее методике [1].
В условиях научной лаборатории с температурой воздуха +24 – +25° C проведены эксперименты на 100 взрослых здоровых рыбках породы гуппи обоего пола массой 300 – 320 мг. Моделирование острой гипоксии у рыбок достигалось путем помещения каждой из них в пресную воду при температуре +25°С, находящуюся внутри отдельной пластиковой прозрачной герметичной емкости объемом 5 мл (в этой роли использовались пластиковые инъекционные шприцы). В процессе гипоксии был проведен мониторинг двигательной активности рыб на глаз и с помощью киносъемки в видимом диапазоне спектра излучения.
Статистическая обработка результатов проведена с помощью программы BIOSTAT по общепринятой методике [1].
Результаты исследования
Полученные нами результаты подтвердили правильность предположения о том, что в условиях острой гипоксии двигательная активность здоровых плодов в околоплодных водах у беременных женщин и взрослых здоровых рыб в обычной воде изменяется однотипно и с одинаковой последовательностью.
Установлено, что после помещения рыбок в емкости с пресной водой и после герметизации этих емкостей у рыбок практически тут же происходит снижение двигательной активности. Их тело становится неподвижным в воде, у рыбок уменьшается в несколько раз частота и диапазон колебательных движений боковых плавников, хвоста и тела. Определено, что в условиях углубляющейся гипоксии рыбки остаются мало подвижными на протяжении 24,3 ± 0,6 (Р ≤ 0,05, n = 100) минут, после чего внезапно происходит усиление их двигательной активности. Первыми симптомами усиления двигательной активности рыб является открытие рта во всю его ширину, усиление и учащение вентиляционных движений ротовой полости и жаберных дуг, а также ускорение пропускания воды через открытый рот и жабры. Вслед за этим очень скоро появляются усиленные колебательные движения боковых плавников, хвоста и всего тела. При этом рыбы судорожно мечутся по емкости, «пытаются найти выход» из нее и периодически испражняются.
Важно указать на то, что высокая двигательная активность длится у рыб около минуты, но этот период не является непрерывным. Показано, что он 2 – 3 раза периодически прерывается кратковременными (длительностью 5 – 10 секунд) неподвижными состояниями рыб. При этом как во время судорожных подергиваний, так и в перерывах между ними рыбы выглядят обеспокоенными, их рот остается широко открытым, а процесс протекания воды через рот и жабры остается активным и учащенным.
Следовательно, при исчерпании у рыб резервов адаптации к гипоксии через 20 – 25 минут после прекращения поступления воздуха в воду, в которой находятся рыбки, у них активизируется двигательная активность, динамика которой напоминает собой 2-3 периода беспорядочных подергиваний, напоминающих собой судорожные подергивания, продолжительностью по 5 – 10 секунд каждый период, чередующихся периодами мышечного покоя длительностью также по 5 – 10 секунд каждый период. При этом рыбы периодически испражняются. Поскольку рыбки сохраняют высокую двигательную активность и создают вихреобразные потоки воды, каловые массы измельчаются и значительная часть их постепенно превращается во взвешенную в воде суспензию. Поэтому по мере удлинения периода гипоксии вода становится все более мутной от их испражнений.
Полученные нами данные свидетельствуют о том, что общая продолжительность череды прерывающихся судорожных подергиваний рыб при их острой гипоксии в воде длится 65,0 ± 0,9 (Р ≤ 0,05, n = 100) секунд. Затем двигательная активность у рыб внезапно снижается до нуля, и период высокой двигательной активности у рыб окончательно заканчивается. Правда, при этом рыбы продолжают пропускать воду через полуоткрытый рот и жабры.
В таком состоянии рыбы сначала тонут (опускаются на дно емкости), оказавшись на дне, они быстро переворачиваются животом вверх и всплывают на самый верх емкости. После этого рыбы окончательно остаются в неподвижном положении. Однако надо указать на то, что, находясь в положении вверх животом, рыбы сохраняют ротовую полость широко открытой и продолжают прогонять воду через рот и жабры, но делают это в несколько раз реже и менее интенсивно, чем до этого.
Важно подчеркнуть, что после всплытия кверху и принятия положения вверх животом рыбы сохраняют редкие дыхательные движения рта и жаберных дуг, то есть остаются живыми еще около 1 минуты, и только после этого погибают.
Таким образом, взрослые здоровые аквариумные рыбки породы гуппи реагируют на острую гипоксию изменением своей двигательной активности в следующей последовательности: в начальный период гипоксии рыбки как будь то бы замирают и принимают мало подвижное состояние, в котором находятся столько времени, сколько позволяют им имеющиеся резервы адаптации к гипоксии, затем в начале исчерпания резервов адаптации к гипоксии рыбки возбуждаются, широко открывают рот, активно и часто прогоняют жабрами воду через рот и жаберные дуги, усиливают до максимальных значений колебательные движения боковых плавников, хвоста и тела, мечутся в воде в беспорядочных подергиваниях всего своего тела, продолжающихся по 5 – 10 секунд и прерывающихся 2 – 3 раза периодами покоя также длительностью по 5 – 10 секунд, периодически испражняются, а после полного исчерпания всех резервов адаптации к гипоксии успокаиваются и как бы засыпают, тонут в воде, опускаясь на дно емкости, тут же переворачиваются кверху брюхом и всплывают в верхние слои воды, где остаются в неподвижном и бессознательном состоянии еще какое-то время, совершая при этом все более и более редкие и слабые дыхательные движения жабрами вплоть до окончательного их прекращения.
Параллельно с этим нами изучено поведение здоровых плодов в утробе матери при добровольной задержке ею дыхания. При этом мы исходили из того, что при задержке дыхания беременными женщинами в их организме развивается гипоксия, которая распространяется и на их плод [1,18,19]. Установлено, что внутриутробная гипоксия плода проявляется характерными изменениями их двигательной активности, динамика которых оказалась аналогичной динамике двигательной активности рыб при их острой гипоксии в воде [20].
В частности, оказалось, что сразу после задержки дыхания беременными женщинами их плоды тут же замирают, практически полностью перестают шевелиться и принимают абсолютно неподвижное положение. В этом неподвижном состоянии плоды находятся в норме более 20 – 25 секунд вплоть до начала исчерпания у них резервов адаптации к гипоксии, после чего у них развиваются непрерывные и беспорядочные судорожные подергивания всем туловищем. Однако за секунду раньше появляются внезапные «дыхательные» движения ребер их грудной клетки. Следует подчеркнуть то, что при этом ротовая полость у плодов остается закрытой.
Однако при более длительном сохранении внутриутробной гипоксии при задержке дыхания у беременной женщины и/или при фетоплацентарной недостаточности происходят следующие изменения двигательной активности плода: продолжаются периодические активные дыхательные движения ребер, судорожные подергивания конечностями и всем телом, разгибаются руки, разжимаются кулаки, практически полностью выпрямляются пальцы рук, открывается анальное отверстие и выделяются испражнения, мекониальные массы оказываются в околоплодной воде, дробятся на мелкие части из-за разрушающего действия, оказываемого на них механическими ударами частями тела плода и гидродинамическими ударами потоков околоплодной воды, вследствие чрезмерно активных беспорядочных судорожных подергиваний всех частей тела плода, затем при углублении и удлинении гипоксии плод открывает рот и захлебывается околоплодной водой [1,21,22].
Таким образом, при острой гипоксии взрослые рыбки и плоды беременных женщин ведут себя практически одинаково: первоначально прекращают свою двигательную активность и находятся практически в неподвижном состоянии вплоть до исчерпания своих резервов адаптации к дефициту кислорода, затем начинают совершать активные дыхательные движения грудной клеткой (плоды) или ртом и жабрами (рыбки), судорожно подергиваться всем своим телом, а также конечностями (плоды) или плавниками и хвостом (рыбки), испражнять каловые массы и захлебывать (плоды) или пропускать сквозь полость рта и жаберных дуг (рыбы) «грязную» воду.
Следовательно, неподвижное состояние живых плодов и рыб при острой гипоксии может служить диагностическим симптомом их благополучия и достаточности у них резервов адаптации к дефициту кислорода. С другой стороны, появление активных дыхательных движений ребер и грудной клетки (плоды) или жаберных дуг и рта (рыбки) в сочетании с беспорядочными судорожными подергиваниями всего тела, может служить диагностическим симптомом начала исчерпания резервов адаптации к гипоксии. В свою очередь, появление каловых масс в воде может служить диагностическим симптомом финальной стадии гипоксии, начала гипоксических повреждений клеток коры головного мозга, инфицирования дыхательных путей каловыми массами и клинической смерти.