CC BY
134
ИННОВАЦИИ № 3 (80), 2005
Уважаемый читатель!
Состав рубрики пополняется новыми запросами. Зарубежные компании ищут новинки, связанные с принципиально новыми техническими решениями, запрашивают приборы и технологии для бытового использования. Обращает на себя внимание значение, которое эти компании придают вопросам входа на рынок (в России часто недооцениваются затраты и усилия, связанные с рыночными барьерами), вопросам интеллектуальной собственности. С возникающими предложениями можно обращаться по приводимым в тексте адресам либо в редакцию.
Выход этого номера приурочен к годичному собранию Российской академии наук. Будем рады, если публикуемые запросы попадут в фокус зрения отечественных разработчиков, которым, как воздуха, не хватает востребованности результатов их исследований. Надеемся, что эта информация поможет установлению полезных связей наших ученых с потенциальными заказчиками.
В номере представлены материалы, обсуждающие актуальные вопросы строительства инновационной инфраструктуры. Ведь инновационная инфраструктура — единственная среда, где происходит системное превращение научного результата в его рыночный
эквивалент — выручку от продажи новинки. Тема инновационной инфраструктуры — ключевая и постоянная для нашего журнала. Напомним, что в конце прошлого столетия проводился представительный опрос американских ученых — что можно считать «достижением века» американской науки... На первом месте оказалась не атомная бомба, не компьютер, не Интернет... Главным достижением прошлого века американские ученые сочли создание национальной инновационной системы. Той самой, которая есть и у нас. Но — в неработающем, по общему мнению, виде...
Размещение технологических запросов (в печатном варианте и электронном виде) бесплатно. Обращаем ваше внимание на формат, в котором должны быть представлены присылаемые предложения. Допустим пропуск отдельных полей (например, Иллюстрации или Правовая защита). По возможности подробнее просим давать информацию в Область применения, Сопоставление с аналогами, Потребители (существующие или потенциальные).
С пожеланием плодотворных контактов, редактор рубрики Юрий Нешитов.
сследования и разработки Физиологические технологии повышения адаптационных резервов организма
И. Н. Январева,
зав. лаб., доцент, к. б. н.,
В. И. Шерешков, в. н. с., д. б. н.,
Т. Е. Шумилова,
с. н. с., к. б. н. Лаборатория структурно-функциональных адаптаций НИИ физиологии им. А. А. Ухтомского СПб государственного университета
Человеческие ресурсы составляют главное богатство общества и включают потенциальные возможности работников не только в плане образования и социально-когнитивных качеств специалистов, но и состояние их здоровья. Проблема здоровья — одна из важнейших основ богатства и защищенности народа в целом. Возможность созидать, участвовать в товарном производстве, создавать ценности во многом зависит от уровня физических и творческих сил. Потенциальные возможности человека в стремительно развивающемся обществе напрямую связаны с индивидуальным адаптационным потенциалом человека. Возрастающие нагрузки на организм диктуют необходимость разработки адекватных
методов оценки адаптационного потенциала и работоспособности человека, подвергающегося длительному воздействию неблагоприятных факторов.
Университетская нейрофизиологическая школа И. М. Сеченова — Н. Е. Введенского — А. А. Ухтомского выдвинула понятие нормы реакции организма на воздействие антропогенных и природных факторов среды. Исходным является представление о становлении функционального оптимума по принципу формирования адаптационной доминанты (А. Д. Ноздрачев и др., 1999). С этих позиций в НИИ физиологии им. акад. А. А. Ухтомского СПб государственного университета разработаны новые методы экспресс-диагностики и функциональной коррекции
адаптационного потенциала человека, в том числе методика холодо-гипокси-гиперкапнического воздействия (ХГВ), а также компьютерная программа расчета максимальной физической нагрузки и скорости потребления кислорода на основании индивидуальных показателей кардио-респираторной системы, последняя может использоваться также для обследования лиц с низкой работоспособностью: дети, пожилые люди, лица с различными патологиями. На основании результатов обследования составляется «Паспорт здоровья», в котором указываются индивидуальные величины параметров, характеризующих функциональное состояние обследуемого с учетом конституции и возраста. Этот документ позволяет объективно оценивать адаптационный потенциал человека, его работоспособность и создавать у него мотивацию к здоровому образу жизни. Эта методика предусматривает определение физического здоровья человека на основании оценки индивидуальной работоспособности, которая является интегральным показателем его энергетического статуса. Метод рекомендован к широкому применению Всемирной Организацией Здравоохранения, но в России используется редко, что объясняется недостаточно развитой инструментальной базой. Применение современных технологий регистрации, обработки и интерпретации данных позволяет проводить массовое обследование населения и выявлять донзологические функциональные отклонения от индивидуальной «нормы» и производить своевременную их коррекцию.
Одной из актуальнейших задач современной физиологии и медицины является разработка методов защиты организма человека от влияния неблагоприятных факторов окружающей среды, среди которых наиболее значимое место отводится гипоксии, а также различным антропогенным, стрессорным и другим воздействиям. Среди основных факторов, определяющих эволюционное детерминирование в животном мире, содержание кислорода в среде обитания имеет важнейшее значение, поскольку у большинства видов основным источником энергии для обеспечения их жизнедеятельности являются окислительно-восстановительные процессы с участием кислорода Известно, что гипоксическое состояние организма возникает не только при снижении концентрации кислорода в воздухе, но и в результате интенсивной мышечной работы, при загрязнении среды, в условиях холода, при многих патологических состояниях. В современном мире живые организмы испытывают значительные антропогенные гипок-сические нагрузки, обусловленные увеличением содержания в окружающей среде азотсодержащих и других вредных соединений, входящих в состав сельскохозяйственных удобрений (нитриты, нитраты, мочевина и т. д.), выбросов в атмосферу и стоков промышленных предприятий, тепловых электростанций, выхлопов городского транспорта и т. д. Большое количество вредных веществ является активным компонентом многих фармакологических препаратов, а также используемых в быту химикатов. Общая нагрузка от антропогенных веществ, поступающих в организм человека в составе пищи, воды и вдыхае-
мого воздуха, может значительно превышать физиологические пределы и стать причиной многих патологических состояний.
Существуют различные подходы к изучению механизмов адаптации к дефициту кислорода. Одним из наиболее перспективных из них является эволюционное и эколого-физиологическое направление. Как показали наши многолетние исследования, весьма удобной моделью для этих работ являются водные млекопитающие. У этих видов, ведущих водный или полуводный образ жизни, адаптация к гипоксии достигла совершенства. Достаточно сказать, что некоторые китообразные способны нырять в глубины океана на 1000-2000 метров и находиться там без доступа воздуха в течение 1-2 часов при температуре около 4°С. Широкий круг физиологических исследований, проведенных в нашей лаборатории на различных видах водных млекопитающих (киты, тюлени, полуводные хищные, грызуны и мн. др.), показал, что поддержание кислородного гомеостаза у адаптированных к подводной гипоксии животных обеспечивается целым рядом защитных физиологических, биохимических и нейроэндокринных адаптивных механизмов. Запускающим звеном цепи этих реакций является нырятельный рефлекс. Он возникает в момент погружения животного в воду и начинается с универсальной реакции сердечно-сосудистой системы, включающей развитие брадикардии, вазоконстрикции периферических сосудов и централизации кровотока. На рис. 1, а приведена радиоте-леметрическая запись возникновения нырятельного рефлекса у ондатры во время естественного ныряния. Брадикардия развивается мгновенно с момента погружения животного в воду и завершается после всплытия на поверхность. Физиологический смысл этой реакции заключается в экономизации потребления кислорода под водой в условиях недоступности атмосферного воэдуха. В результате достигается уменьшение расходования энергии за счет снижения интенсивности энергоемких процессов, оптимизация насосной функции сердца, а также перераспределение периферического кровотока в пользу жизненно важных органов (мозг, сердце, надпочечники). Биохимические исследования, проведенные в нашей лаборатории доцентом Р. И. Коваленко, показали, что одновременно происходит обезвреживание активных форм кислорода за счет усиления работы антиокси-дантных ферментов (каталазы, глутатионпероксида-зы, супероксиддисмутазы и др.), в том числе и перекиси водорода, разложение которой каталазой приводит к образованию молекулярного кислорода, утилизируемого во время длительного пребывания под водой. Существенный вклад в осуществление аэробных процессов у этих видов вносят высокие уровни функционирования гипофиз-адреналовой системы, эпифиза, а также фагоцитов.
Сравнительно-эволюционные исследования подводной адаптации морских млекопитающих, а также многих полуводных видов показывают, что существует множество общих механизмов ее проявления для человека и животных. Выявленная стратегия формирования высокой толерантности к дефициту кисло-
ИННОВАЦИИ № 3 (80), 2005
ИННОВАЦИИ № 3 (80), 2005
а — телеметрическая запись нырятельного рефлекса у ондатры б — инициация нырятельного рефлекса у человека
исчезновение экстрасистол после однократного применения ХГВ в — нормализация сердечной деятельности у человека
Рис. 1. Изменения сердечной деятельности (ЭКГ) ондатры и человека под влиянием погружения в воду (а, б) и ХГВ (в)
рода у водных млекопитающих может проявляться также у наземных животных и у человека. При определенных условиях или в результате соответствующей тренировки нырятельный рефлекс может быть инициирован, сформирован и развит у человека. На рис. 1, б приведены электрокардиограммы, показывающие развитие брадикардии у человека при погружении его лица в воду. Следует напомнить, что нырятельным рефлексом обладают все новорожденные младенцы, которые, как известно, в течение нескольких месяцев после рождения могут произвольно погружаться и плавать под водой, однако в дальнейшем в условиях отсутствия водной среды обитания этот генотипически обусловленный рефлекс быстро затухает.
На основании проведенных иследований научному коллективу лаборатории удалось разработать новые физиологически адекватные технологии определения потенциальной устойчивости человека к гипоксии, а также реабилитации, профилактики и увеличения функционального резерва организма (3) и повышения адаптационного потенциала человека (1), которые в настоящее время используются в клинической практике и спортивной медицине. Изучение эффектов адаптации к холодо-гипоксическому воздействию (ХГВ) проведены на репрезентативных группах обследуемых (^=1000) — практически здоровых лицах в возрасте от 7 до 70 лет с разным уровнем физической подготовленности, спортсменах различных специализаций и квалификации, военнослужащих с преморбитным состоянием, проходящих после боевых действий реабилитацию в ВМА, пациентах с разнонаправленными проявлениями синдрома вегетативной дистонии. Показан положительный эффект ХГВ при лечении вегетативной дистонии, некоторых форм сердечных аритмий (рис. 1, в), его нормализующее влияние на сдвиги функционального состояния организма (ЭЭГ, ЭКГ и др.), на усиление действия антиоксидантных систем, повышение
устойчивости организма к гипоксиии и к стрессор-ным воздействиям.
В основе оптимизирующих эффектов адаптации к ХГВ (рис. 2) лежит активация аэробных путей биоэнергетического метаболизма с увеличением мощности антиоксидантных систем, снижением процессов пероксидации, возрастанием активности супероксид-дисмутазы, каталазы и уменьшением содержания продуктов перекисного окисления липидов. Под воздействием ХГВ происходит нормализациия сердечного ритмогенеза, психофизиологического статуса, вегетативного гомеостаза. Наблюдается усиление неспецифической резистентности организма.
Изучение вклада адаптогенных гормонов в положительный эффект ХГВ выявило уменьшение напряженности функционирования щитовидной железы и коры надпочечнков, ХГВ сопутствует динамика мозговых доминантных состояний. По показателям ЭЭГ наблюдается изменение типа функциональной асимметрии полушарий Эта смена функциональной асимметрии мозга соответствует представлению об активном отдыхе.
После ХГВ — тренировки происходит увеличение уровня адаптированности человека и уменьшение зависимости от содержания в крови глюкокор-тикоидных гормонов и гормонов щитовидной железы. Обнаружена также активация норадренергиче-ского пути регуляции физиологических функций при одновременном включении важного для восстановления метаболизма серотонинергического пути.
Разработанные немедикаментозные технологии основаны на комбинированном холодо-гипокси-ги-перкапническом воздействии, имитирующим физиологические процессы, которые возникают при нырянии млекопитающих. Эти методы заключаются в инициации и развитии у человека нырятельного рефлекса путем воздействия водными стимулами на рецепторную поверхность лица. В этой связи можно вспомнить эффект бодрящего влияния простого ополаскивания лица холодной водой или прохладного душа. Подобные водные процедуры давно известны, однако должного внимания к ним как приемам оздоровления не оказывалось.
Лицо человека представляет собой важнейшее сенсорное поле организма и включает чувствительные датчики — рецепторы всех имеющихся органов чувств человека.
Топографически нырятельный рефлекс на поверхности лица представлен рецепторными полями носа, губ, глаз и некоторыми другими областями, которые содержат наборы рецепторов различных модальностей (тактильные, давления, холодовые и т. д.), генерирующие афферентную импульсацию в центральную нервную систему и информирующие организм о состоянии внешней среды. В моменты погружения в воду на рецепторный аппарат ныряющих животных воздействует широкий спектр раздражений: гидравлическое давление, температура, химические воздействия и т. д. У глубоководных ныряльщиков (киты, тюлени) гидростатическое давление в течение нескольких минут может изменяться от 0 до 100 атм и более, а температурные градиенты — от 30 до 4°С.
Учитывая громадные скорости заныривания и подводного плавания животных, на рецепторы животных оказывают интенсивное воздействие и гидродинамические нагрузки. Определенное значение для развития нырятельного рефлекса имеет и афферентация со слухового и зрительного анализаторов. У людей существенное вляиние на эти процессы могут оказывать и эмоциональные нагрузки.
Возникновение, развитие и полноценное протекание нырятельного рефлекса, как и другого рефлекторного акта, возможно лишь при адекватной стимуляции его рецептивных полей как по модальностям, так по интенсивности и градиентам воздействия. На основании физиологического анализа этих условий был разработан метод комбинированного холодо-ги-покси-гиперкапнической инициации и стимуляции нырятельного рефлекса. Для этих целей рецептивные поля лица испытуемого подвергаются воздействию гидравлических стимулов дозированных по параметрам. Для контроля функционального состояния испытуемых лиц и анализа адаптивных реакций к ХГВ регистрируются ЭКГ, ЭЭГ, АД, длительность подводного апноэ и скорость восстановления этих показателей после ХГВ. В зависимости от типа нырятель-ной реакции, психофизиологического, гормонального и иммунного статуса, исходного уровня и степени адаптированности испытуемому назначается определенный режим холодо-гипоксической тренировки.
Проведенные исследования и выполненные разработки обеспечивают проведение оценки уровня адаптационных резервов организма и его эффективность для повышения физической и умственной работоспособности лиц различного нейрофизиологического, психофизиологического и вегетативного статуса. Разработанные технологии ориентированы на решение задачи выработки стратегии повышения здоровья нации на основе уникального отечественного системного подхода к изучению человека. Этот, не имеющий аналогов в мировой науке фундаментальный подход необходимо внедрять в научные исследования, причастные к междисциплинарной разработке методологических основ и методических средств объективного изучения человека.
Для практического внедрения методик по развитию адаптационного потенциала человека разработан специализированный гидродинамический тренажер, который обеспечивает у человека инициирование и развитие комплекса адаптивных реакций по типу нырятельного рефлекса. Гидротренажер осуществляет массирующую активацию рецепторных зон лица пациента водными стимулами с определенными и дозированными параметрами (локализация, гидравлическое давление, частота стимуляции, длительность стимулов, температура). Адекватная стимуляция рецепторов приводит к возникновению и развитию нырятельного рефлекса. Режим работы массажера задается индивидуально и устанавливается электронным блоком. Предусмотрен режим стимуляции с положительной физиологической обратной связью сердечного ритма с гидравлическими стимулами, в этом случае режимом работы форсунок управляют И-И сигналы ЭКГ.
Рис. 2. Механизмы повышения устойчивости организма к стрессорным воздействиям, реализуемые при ХГВ
Конструктивно гидротренажер выполнен в виде сферической пластмассовой маски для лица, в которую вмонтированы водные форсунки, вырабатывающие водные стимулы. Прибор снабжен гидроприводом, электронным блоком управления и контрольнорегистрационным устройством. Для контроля физиологического состояния пациента и оценки эффективности процедуры гидромассажер снабжен телеметрическим пульсомером. Показатели сердечной деятельности записываются на портативном цифровом регистраторе с последующим компьютерным анализом информации по программе «СаЫю-99». Гидромассажер компактен, его масса не превышает 1,5 кг. Он может питаться от водопровода или автономно от 1-2-литрового водного бачка с ручной подкачкой давления. Расход воды при работе массажера невелик и не превышает 100-150 мл/мин.
Литература
1. Галанцев В. П., Январева И. Н. и др. Способ определения адаптационной устойчивости человека к гипоксии. Патент России № 2020868. 1994 г.
2. Павлова Л. П. и др. Способ оценки и коррекции функционального состояния коры головного мозга человека. Патент России № 2141244. 1999 г.
3. Галанцев В. П., Январева И. Н. Немедикаментозный способ реабилитации, профилактики и повышения функционального резерва организма человека. Патент России № 2161476. 2001 г.
4. Баскакова Г. Н. и др. Способ регуляции работоспособности человека. Патент России № 2219827. 2003 г.
5. Баранова Т. И., Коваленко Р. И., Ноздрачев А. Д. и др. Системные механизмы оптимизации функционального состояния организма человека в онтогенезе.//Валеология. 2002 № 3.С. 48-54.
6. Ноздрачев А. Д., Шумилова Т. Е., Шерешков В. И. и др. Сравнительно-физиологические аспекты адаптации организма к ги-поксии//Материалы Российской Конфер. — Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям. М. 2003. С. 253-255.
7. Баранова Т. И., Январева И. Н. и др. Активация адаптивных механизмов человека как способ улучшения здоровья.//Вест-ник СПбГУ. С. 3. В. 4. 1994. № 24. С. 82-95.
8. Январева И. Н., Павлова Л. П. и др. Системно-динамический подход к исследованию адаптационного потенциала человека // Нервная система. В. 34. СПбГУ. 2001. С. 105-154.
ИННОВАЦИИ № 3 (80), 2005
