CC BY
101
УДК [612.1./2:613.1]:612.017.2-057.875](470.1/.2)
ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ У СТУДЕНТОВ ПРИ АДАПТАЦИИ К НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРЕ РОССИИ
© 2009 г. А. Н. Ишеков, И. Г. Мосягин
Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск
В статье приведены данные пятнадцатидневного исследования кардио-респираторной системы студентов, заключивших контракт о военном обучении, при адаптации к искусственно создаваемой нормобарической гипоксической гипоксии. Дыхание происходило газовой смесью в фракционно-циклическом режиме с 10 % содержанием кислорода, соответствующей воздуху на высоте 5 800 м над уровнем моря (3-4 мин ежедневно). Для комплексной оценки показателей кардиореспираторной системы применялись вариабельность сердечного ритма и капногра-фия. Установлено, что лица с преобладанием парасимпатического тонуса вегетативной нервной системы более устойчивы к стрессу гипоксической нагрузки и у них ниже риск развития гипервентиляционного синдрома после 10-го дня гипоксии. Даны рекомендации по отбору и подготовке специалистов, чья профессиональная деятельность будет связана с экстремальными условиями Крайнего Севера или высокогорья.
Ключевые слова: кардиореспира-торная система, гипоксия, адаптация к гипоксии, условия Европейского Севера.
Проблема изучения реактивности организма при действии различных экстремальных воздействий приобретает в настоящее время особую актуальность. Ее решение во многом зависит от развития общетеоретических представлений и, в частности, применения системного подхода для решения конкретных задач [1].
Известно, что функциональные резервы организма представляют собой потенциальную способность обеспечивать жизнедеятельность в необычных или экстремальных условиях, а также совокупность информационных, энергетических и метаболических ресурсов, которые постоянно расходуются на поддержание равновесия между организмом и окружающей средой [1].
Измененная газовая среда используется для повышения уровня неспецифической резистентности, в результате чего стимулируется деятельность различных систем организма, принимающих участие в сохранении кислородного гомеостаза [7].
Климатические условия на Крайнем Севере признаны экстремальными вследствие воздействия разнообразных климатических, геофизических и космических факторов, которые могут приводить к развитию реакции стресса у человека. На уровне физиологических процессов стресс сопровождается гипоксией. Состояние гипоксии возникает и при снижении поступления кислорода, при уменьшении содержания его в воздухе или при нарушении транспорта, что характерно для людей, проживающих на Крайнем Севере. Поэтому адаптация к гипоксии является профилактикой истощения адаптационных резервов при стрессе любого генеза. Приспособительные реакции, возникающие в процессе адаптации к гипоксии, хорошо отработаны в процессе эволюции. Согласно концепции о перекрестной адаптации возникновение устойчивости к одному экстремальному фактору повышает резистентность организма к целому комплексу различных воздействий [5].
Ярким примером формирования перекрестной адаптации может служить воздействие на человека нормобарической гипоксии. Адаптация при этом развивается не только к дефициту кислорода, но и к ряду других факторов, в частности, вырабатывается определенная устойчивость к инфекциям, физическим нагрузкам, десинхронозу и прочему. Этот результат — не что иное, как повышение общей сопротивляемости (неспецифической резистентности) организма, в основе которой лежат генетически обусловленные структурно-функциональные изменения [4, 5].
Гипоксия — сильное воздействие на организм, вызывающее компенсаторные реакции на всех уровнях и во всех системах организма, и в первую очередь реакции, направленные на сохранение самого важного органа — головного мозга. Выполнение этой задачи требу-
ет мобилизации резервов дыхательной и особенно сердечно-сосудистой (ССС) систем. Важнейшую роль в адаптации функций ССС к изменившимся при гипоксии условиям играет вегетативная нервная система (ВНС). От того, насколько эффективно ВНС будет осуществлять регуляцию ССС, во многом будет зависеть исход гипоксического воздействия на организм [4].
Регуляция функции внешнего дыхания осуществляется на основе обратной связи по отклонению трех основных параметров — напряжения O2, С02 и концентрации ионов водорода, то есть рН. Оперативный контроль вентиляции осуществляется не по кислороду, а по напряжению С02 в альвеолярном газе и артериальной крови, что обусловлено высокой проницаемостью аэрогематического барьера для этого газа (для С02 в 20 раз выше, чем для O2), а также тем, что напряжение С02 в крови тесно связано с концентрацией ионов водорода [3]. Напряжение углекислого газа наиболее информативно для оценки внешнего и тканевого дыхания при воздействии гипоксической гипоксии.
Важным аспектом изучения адаптивных процессов кардиореспираторной системы является создание доступных и информативных физиологических методов комплексной оценки функциональных резервов организма человека при воздействии измененной газовой среды [б].
Целью настоящего исследования стало изучение изменений показателей ССС у студентов в процессе пятнадцатидневной адаптации к нормобарической гипоксической гипоксии в условиях Европейского Севера России.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
• изучить динамику показателей кардиореспиратор-ной системы в условиях нормобарической гипоксической гипоксии и провести их корреляционный анализ;
• провести сравнительный анализ этих показателей в исследуемых группах;
• разработать комплекс критериев оценки выполнения функциональных нагрузочных проб, что позволит выявлять индивидуальные типы реагирования организма человека на гипоксический стимул;
• оценить функциональные резервы кардиореспи-раторной системы и прогнозировать устойчивость к экстремальным условиям деятельности в измененной газовой среде.
Материал и методы исследования
Обследуемый контингент: практически здоровые студенты, средний возраст (20,0 ± 0,б) года. Согласно индексу вегетативной регуляции Кердо были составлены две однородные группы по і5 человек — парасимпатотоники и симпатотоники.
При исследовании применялись оценка вариабельности сердечного ритма (ВСР) с помощью монитора «Полар» и капнография — метод оценки тканевого дыхания.
В соответствии с методикой нормобарической интервальной гипокситерапии [7] в начале исследования была определена оптимальная экспозиция гипоксии (3—4 минуты). Для моделирования искусственной гипоксии применялся гипоксикатор «Эдельвейс», создающий дыхательную смесь, аналогичную таковой на высоте 5 800 м над уровнем моря. Показатели оценивались ежедневно в динамике 15 дней.
Статистическая оценка показателей ввиду непараметрического распределения данных и наличия трех и более связанных групп проводилась по критериям Фридмана, попарное сравнение между днями — по тесту Уилкоксона. Корреляции измерялись по двустороннему коэффициенту тау-Ь Кендалла. Для обсчета показателей применялся пакет программ SPSS V. 13,0.
Результаты
Анализ волновой структуры ВСР показал, что при гипоксии у лиц с преобладанием тонуса парасимпатического отдела ВНС происходило повышение мощности волн очень низкой частоты (показатель VLF) с 1 по 15 день исследования с 34,5 до 44,7 % (р =
0,046). Мощность низкочастотных волн (показатель LF) имела регрессивную тенденцию к снижению в этот же период с 44,5 до 29,3 % (р = 0,077).
У студентов с преобладанием тонуса симпатического отдела ВНС происходило интенсивнее повышение мощности волн очень низкой частоты с 1 по 15 день с 44,1 до 63,3 % (р = 0,003). Мощность низкочастотных волн снижалась с 36,3 до 21,9 % (р = 0,004). Мощность высокочастотных волн (показатель HF) не имел достоверных изменений в исследуемых группах.
Повышение показателя VLF может свидетельствовать об энергодефицитном состоянии в ответ на стресс [2], вызванный искусственно создаваемой нормобарической гипоксией, преимущественно у симпатотоников. Достоверное снижение величины LF свидетельствует о понижении активности парасимпатического и симпатического отделов нервной системы в регуляции сердечного ритма, а снижение активности симпатоадреналовой системы и вазоконстрикторных свойств следует рассматривать как ответ на стресс, гипоксическую нагрузку и гипервентиляцию, преимущественно у симпатотоников.
Показатель общей мощности (ТР) достоверно увеличивался у парасимпатотоников в период исследования с 9 863,5 до 19 287,5 мс2 (р = 0,007), у группы симпатотоников не было достоверного роста ТР. Высокие значения данного показателя отражают хорошее функционирование ССС.
Индекс централизации (1С), отражающий отношение активности центрального контура регуляции к активности автономного, достоверно снижался при гипоксии у симпатотоников за счет парасимпатических влияний на ритм сердца в исследуемый период с 2,4 до 0,7 усл. ед. (р = 0,005).
При временном анализе ВСР отмечался достоверный рост показателя SDNN в группе студентов с преобладанием активности парасимпатического отдела
ВНС с 1 по 15 день наблюдения: с 70,9 до 91,7 мс (р = 0,009), у студентов с преобладанием тонуса симпатического отдела отмечалась незначительная тенденция к повышению. Рост данного критерия указывает на усиление автономной регуляции, т. е. усиление влияния дыхания на ритм сердца преимущественно у парасимпатотоников.
Показатель RMSSD, отражающий активность автономного контура регуляции, которая характеризуется высокочастотными колебаниями, имел достоверный рост у парасимпатотоников в период исследования с
57.7 до 92,7 мс (р = 0.02). У лиц с преобладанием тонуса симпатического отдела регуляции не было достоверных изменений данного показателя.
При анализе показателей капнографии наблюдалась следующая динамика у лиц с преобладанием тонуса симпатического отдела ВНС: показатель РеЮ02 (тип вентиляции, общепринятая норма 35—45 мм рт. ст.) повышался с 1 по 4 день исследования с 34,4 по
47.7 мм рт. ст. (тенденция к гиперкапнии), а с 4 по 15 день отмечалась волнообразная тенденция к гипокапнии и гипервентиляции. Показатель РеЮ02 снижался с 47,7 до 40,4 мм рт. ст. в эти дни (р = 0,043). У лиц с преобладанием парасимпатического тонуса ВНС значения данного показателя оставались примерно на одном уровне с 1 по 15 день наблюдения, и изменения не имели достоверных различий (табл. 1, 2).
При гипоксии наблюдались следующие корреляции между типом вентиляции и волновой структурой ритма у симпатотоников: одновременно с повышением
показателя VLF происходило снижение показателя РеЮ02 с тенденцией к гипокапнии и гипервентиляции. Отмечены связи средней силы между данными характеристиками в 5 (г^Р = 0,383, р = 0,047), 10 и 11 (г^Р = 0,421, р = 0,029) дни.
Мощность волн низкочастотного спектра обратно пропорционально коррелировала с типом вентиляции у симпатотоников в 10 и 11 дни (г^ = 0,44, р = 0,023). Мощность волн высокочастотного спектра в это группе прямо пропорционально коррелировала с типом вентиляции на 5 день исследования (гНР = 0,459, р = 0,017) (рис. 1).
Рис. 1. Корреляция типа вентиляции и волновой структуры сердечного ритма у симпатотоников
Примечание. Различия достоверны в динамике с 1 по 15 день исследования: * - р < 0,05, ** - р < 0,01.
В отличие от симпатотоников в группе лиц с преобладанием парасимпатического отдела ВНС не наблюдалось корреляций (рис. 2).
Таблица 1
Динамика показателей вариабельности сердечного ритма и капнографии при гипоксии у симпатотоников
Показатель Дни наблюдения
1 2 3 4 5
RMSSD, мс 56,5 75,3 62,9 66,7 91,8
VLF, % 44,1 36,9 44,3 41,2 41,3
LF, % 36,3 38,7 39,1 39,4 34,4
Нр % 19,5 24,4 16,6 19,4 24,3
ІС, усл. ед. 2,4 2 2,2 2,5 2,1
ТР, мс2 1 1336,6 9952,1 14011,1 1 1643,5 20220,1
Тип вентиляции по РеЮ02 мм рт. ст. 34,4 45,3 41,1 47,7 43,0
6 7 8 9 10
RMSSD, мс 79,4 56,8 44,5 75,3 55,1
VLF, % 44,1 42,3 46,6 57,1 59,6
LF, % 35,8 39,5 36 21,7 28,7
Нр % 20,1 18,2 17,4 21,2 11,7
ІС, усл. ед. 1,7 2 1,9 1,9 0,9
ТР, мс2 15362,5 10220,1 5941,6 24172,3 13219,4
Тип вентиляции по РеЮ02 мм рт. ст. 39,8 40,4 42,7 44,3 44,6
11 12 13 14 15
RMSSD, мс 52,6 84,5 60,1 68,6 66
VLF, % 49,7 57,8 51,4 9,6 7,3**
LF, % 34,4 25,5 30,6 57,5 63,3**
Нр % 15,9 16,6 18 24,9 21,9
ІС, усл. ед. 1,7 1,1 1,3 456,6 483,6**
ТР мс2 9659,5 37008,9 14335,9 0,9 0,7
Тип вентиляции по РеЮ02 мм рт. ст. 39,6 42,1 38,1 37,1 40,4*
Примечание. Различия достоверны в динамике с 1 по 15 день исследования: * — р < 0,05,** — р < 0,01.
достаточно и точно подтверждают комплексно показатели ВСР и капнографии.
Группа студентов с преобладанием тонуса симпатического отдела ВНС менее устойчива к гипоксической нагрузке, так как у них выше риск возникновения гипервентиляции, метаболических нарушений на тканевом уровне, особенно на 5, 10 и 11 дни гипоксии. Это достаточной и полно подтверждают показатели ВСР, капнографии и их соответствующие корреляции.
У студентов с преобладанием активности парасимпатического отдела регуляции ВНС более значительны парасимпатические влияния в течение исследования, которые связаны с повышением функциональных резервов сердца. Эта группа лиц более устойчива к влиянию стресса гипоксической нагрузки, и у них ниже вероятность развития гипервентиляции при более длительном нахождении в условиях гипоксии.
В качестве информативных показателей оценки функционального состояния испытателя в условиях измененной газовой среды среди доступных для автоматической обработки в реальном масштабе времени могут быть рекомендованы следующие показатели, отражающие эффективность регуляторных механизмов сердечно-сосудистой и дыхательной систем: волновая структура сердечного ритма и тип вентиляции по углекислому газу.
При отборе военнослужащих, выполнение задач боевой и повседневной службы которых будут проходить в условиях недостатка кислорода, необходимо
Таблица 2
Динамика показателей вариабельности сердечного ритма и капнографии при гипоксии у парасимпатотоников
Показатель Дни наблюдения
і 2 3 4 Б
RMSSD, мс Б7,7 49,7 ББ,3 бі,7 бі,3
VLF, % 34,Б 4і,і 4І,2 4б,9 3б,3
LF, % 44,Б 40,б 42 33,8 44
HF, % 2І І8,3 іб,8 і9,2 і9,7
IC, усл. ед. 2,Б 2,2 2,2 і,7 2,4
TP, мс2 9863,Б 8і97,7 І030і,9 І4БІБ,І і04б9,4
Тип вентиляции по PETCO2 мм рт. ст. 39,7 34,2 44,і 39,9 40,8
б 7 8 9 І0
RMSSD, мс 79,9 Бб,3 Бб,7 б3,б 82,9
VLF, % 4б,7 4Б,7 4б,4 44,3 47,3
LF, % 34,і 3б,Б 39 37,3 30,Б
HF, % І9,3 і7,8 і4,7 і8,4 22,2
IC, усл. ед. і,9 І,Б і,3 і,9 і,4
TP, мс2 І942і,9 І0828,3 і2222,3 І00І0,Б І9230,Б
Тип вентиляции по PETCO2 мм рт. ст. 42,Б 43,2 44,0 4Б,Б 44,2
іі І2 І3 І4 ІБ
VLF, % Б9,Б Б0,б ББ,4 Бі,8 44,7*
LF, % 24,і 28,б 28,7 27,2 29,3
HF, % іб,4 20,8 ІБ,9 2і 2б
IC, усл. ед. 0,9 І,Б і і,4 і,7
TP, мс2 293б3,б 23028,Б 2ІІ42,7 3ібБб,4 І9287,Б**
Тип вентиляции по PETCO2 мм рт. ст. 39,Б 43,3 4і,б 39,4 39,3
Примечание. Различия достоверны в динамике с і по ІБ деиь исследования: * — p < 0,0Б,** — p < 0,0і.
70 т—
60 ■ •
50 ■ •
40 ■ -Г 30 ■ ■
20 - •
10 ■ ■
О 4- —
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
\ZI_F I-1 I V I-|НР _*_Ре1СО: Дни
Рис. 2. Корреляция типа вентиляции и волновой структуры сердечного ритма у парасимпатотоников
Примечание. Различия достоверны в динамике с 1 по 15 день исследования: * — р < 0,05.
Выводы
Впервые в условиях Европейского Севера проведены ежедневные исследования по изучению механизмов адаптации к «хронической» гипоксической гипоксии у студентов, заключивших контракт о военном обучении, в отличие от других работ, где выполнялись одноэтапные исследования разновозрастного контингента (дети, спортсмены, больные бронхиальной астмой и хроническим неспецифическим заболеванием легких) в различных условиях окружающей среды.
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что в течение всего исследования студенты испытывали адаптацию на искусственно создаваемую гипоксию, проявляющуюся энергодефицитным состоянием, повышением тонуса парасимпатического отдела ВНС, снижением вазоконстрикторных свойств, повышением влияния дыхания на ритм сердца. Это
учитывать тонус ВНС. Предпочтение следует отдавать лицам с преобладанием тонуса парасимпатического отдела ВНС, так как у них ниже риск развития гипервентиляционного синдрома при длительном нахождении в условиях Крайнего Севера и высокогорья. Лицам, направляемым в данные местности, предварительно рекомендуется проводить курсы искусственной нормобарической гипоксии в циклично-фракционированном режиме перед направлением в экстремальные условия.
Список литературы
1. Агаджанян Н. А. Сочетанное действие дополнительного сопротивления дыханию, гипоксии и гиперкапнии на функциональные резервы онкологических больных / Н. А. Агаджанян, С. А. Шастун, М. Ю. Бяхов, Д. Г. Стрелков // Среда обитания и здоровье : сб. науч. трудов. — М. ; Чебоксары, 2005. — С. 90—96.
2. Баевский P. Ш. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем : методические рекомендации / Р. М. Баевский, Г. Г. Иванов, Л. В. Чирепкич. — М., 2002. — 53 с.
3. Гришин В. Г. Клиническое применение капнографии в биоуправлении для диагностики и лечения гипервен-тиляционного синдрома / В. Г. Гришин, О. В. Гришин, А. А. Зубков, М. В. Красноборова // Бюллетень Сибирского отделения РАМН. — 1999. — № 1(91). — С. 55—59.
4. Нестеров С. В. Особенности вегетативной регуляции сердечного ритма в условиях воздействия острой экспериментальной гипоксии / С. В. Нестеров // Физиология человека. — 2005. — Т. 31, № I. — С. 82—87.
5. Способ повышения неспецифической резистентности организма при вахтовом методе работы в условиях Крайнего Севера : описание изобретения к патенту Российской Федерации / А. Я. Чижов, В. С. Бойчук, А. Н. Фомин и др. — № 2004126484/14, 2005.
6. Стрелков. Д. Г. Сравнительная оценка функциональных резервов организма человека при действии измененной
газовой среды : автореф. дис. ... канд. мед. наук / Стрелков Д. Г. - М., 2007. - 23 с.
7. Чижов А. Я. Нормобарическая гипокситерапия (метод «Горный воздух») / А. Я. Чижов, Р. Б. Стрелков, В. И. По-тиевская. — М. : Изд-во РУДН, 1994. — 95 с.
DYNAMICS OF CARDIORESPIRATORY SYSTEM INDICES IN STUDENTS DURING ADAPTATION TO ATMOSPHERIC HYPOXIC HYPOXIA IN EUROPEAN NORTH OF RUSSIA
А. N. Ishekov, I. G. Mosyagin
Northern State Medical University, Arkhangelsk
In the article, the data on fifteen days investigation of adaptation cardiorespiratory system students, concluded contract for military education, to normobaric hypoxia course are given. The breathing carried out the gas mixture in factious-round-robin mode with 10%-concentraion of the oxygen, corresponding to ascent on altitude 5800 m (3-4 mines daily). For complex estimation of the factors of cardiorespiratory system heart rate variability and capnogramm were used. Are shown, that students with prevalence of the parasympathetic tone vegetative nerve system, more firm to hypoxic stress and they felt below risk of the development hyperventilation syndrome after 10 day. Recommendations on selection and preparing the specialists, whose aims will are connected with extreme conditions of mountains or far north are given.
Key words: the cardiorespiratory system, hypoxia, adaptation to hypoxia, conditions of the European North.
Контактная информация:
Мосягин Игорь Геннадьевич — доктор медицинских наук, начальник кафедры военной и экстремальной медицины Северного государственного медицинского университета
Адрес: 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, д. 51
Тел. (8182) 24-22-65
Статья поступила 28.04.2008 г.
