CC BY
45
Keywords: postural changes, circulatory and respiratory modulation, hydrostatic effect of
gravity.
УДК 612.233:612.5.05
ИНФОРМАТИВНОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАРДИОГЕМОДИНАМИКИ И ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У ЮНОШЕЙ С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ ГИПОКСИЧЕСКИ-ГИПЕРКАПНИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
А.Л. Максимов, И.В. Аверьянова
Научно-исследовательский центр «Арктика» ДВО РАН, г. Магадан
На основе показателей газообмена в процессе дыхания в замкнутом пространстве (ререс-пирация) была проведена оценка устойчивости организма к гипоксически-гиперкап-нической воздушной смеси у 96 юношей - жителей Магаданской области. При этом были выделены группы высоко- и низкоустойчивых испытуемых. Статический анализ показателей гемодинамики и вариабельности кардиоритма проводился раздельно по каждой группе до (фон) и в процессе ререспирации. Установлено, что по показателям вариабельности кардиоритма, записанного в процессе выполнения пробы, можно оценивать уровень устойчивости организма к дыханию гипоксически-гиперкапнической воздушной смесью, не используя для этих целей измерение уровней кислорода, углекислого газа и оксигемограммы, что указывает на достаточно высокий уровень информативности изученных характеристик вариабельности сердечного ритма.
Ключевые слова: юноши, кардиоритм, показатели гемодинамики, ререспирация, гипок-сически-гиперкапническая устойчивость.
Введение. Оценка и прогнозирование врожденного уровня гипоксической устойчивости человека остаются одними из наиболее важных прикладных задач спортивной, авиакосмической и клинической физиологии, в решении которых применяются сложные методические приемы с использованием различных строго дозированных гипоксических дыхательных смесей в состоянии как нормо-, так и гипербарии, барокамерные исследования, подъемы в высокогорные условия. Все эти методы требуют достаточно сложного оборудования, значительных финансовых и организационных затрат, а также специально подготовленного персонала. В то же время методы дыхания в замкнутом пространстве крайне просты в исполнении и не требуют в процессе их выполнения сложного оборудования и тонких методических подходов. Однако, несмотря на то что еще в 70-80 гг. прошлого столетия проводились исследования в области прогнозирования и оценки ги-поксической устойчивости и неспецифической резистентности человека, метод ререс-пирации использовался в них в единичных случаях [1, 2, 28]. Практически отсутствуют высокоинформативные интегральные критерии, позволяющие на основе показателей вариабельности кардиоритма оценивать степень гипоксически-гиперкапнической устойчивости человека в процессе его дыхания в замкнутом пространстве.
Цель исследования. Сравнительное изучение информативности ряда наиболее простых для регистрации показателей кардиоге-модинамики у группы студентов в процессе ререспирации.
Материалы и методы. Было обследовано 96 юношей-студентов: возраст 17-21 год, средний возраст 18,9±0,2 года, длина тела -178,5±1,0 см, масса тела 72,2±1,3 кг. Все обследуемые до начала теста выполняли через загубник 3 выдоха (каждый объемом не менее ЖЕЛ) в специальный герметический мешок, откуда в процессе ререспирации совершались циклы вдоха и выдоха общей продолжительностью 3 мин, при этом нос закрывался зажимом.
По окончании выполнения пробы с воз-
вратным дыханием через прибор «Карбоник» прокачивался оставшийся в мешке воздух для процентного определения в нем содержания кислорода (О2) и углекислого газа (СО2). На основе полученных результатов проводилась индивидуальная оценка устойчивости обследуемого лица к дыханию гипоксически-гиперкапнической смесью (ГГКС). При этом лица, у которых уровень содержания СО2 в мешке превышал 7 %, а уровень О2 составлял менее 12 %, относились к низкоустойчивым, при СО2 менее 7 % и О2 более 12 % - к высокоустойчивым.
Отметим, что до начала проведения теста с ререспирацией у всех обследуемых на основании показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР), записанных в состоянии оперативного покоя, была проведена оценка ведущего типа вегетативной нервной регуляции с использованием ряда статистических и спектрально-волновых критериев, полученных ранее [7]. Запись кардиоритма продолжалась в процессе выполнения всей пробы, при этом до и на ее пике регистрировалось артериальное давление. Расчетным путем определяли ударный объем по Старру (УО, мл), систолический объем крови (СОК, мл), минутный объем кровообращения (МОК, л/мин), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС, дин2ссм-5) [11]. Насыщение гемоглобина кислородом (НЬ02, %) во время пробы определяли методом фотоокси-гемометрии с использованием пульсиокси-метра №В-40 (США). Показатели регистрировали каждую минуту пробы.
Запись и дальнейший анализ ВСР проводились с учетом рекомендаций группы российских экспертов [3]. У испытуемых регистрировались: ЧСС (HR) (уд./мин) - частота сердечных сокращений; MxDMn (мс) - разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов, или вариационный размах; SDNN (мс) - стандартное отклонение полного массива кардиоинтерва-лов; СУ (%) - коэффициент вариации полного массива кардиоинтервалов; RMSSD (мс) -квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов; рМК50 (%) - число пар кардиоинтервалов с
разницей более 50 мс к общему числу кар-диоинтервалов; Мо (мс) - мода; АМо (мс) -амплитуда моды; SI (усл. ед.) - стресс-индекс (индекс напряжения регуляторных систем); TP (мс2) - суммарная мощность спектра сердечного ритма; HF (High Frequency) (мс2) -мощность спектра высокочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,4-0,15 Гц (дыхательные волны); LF (Low Frequency) (мс2) -мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,15-0,04 Гц (сосудистые волны); VLF (Very Low Frequency) (мс2) - мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в диапазоне 0,040-0,015 Гц. Общая суммарная мощность спектра кардиоритма (ТР) рассчитывалась без учета ультранизкочастотной составляющей (ULF), но с учетом требований корректности применения анализа коротких временных рядов с использованием метода преобразования Фурье [6].
Полученные результаты подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ Statistica 7.0. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро-Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представлены в виде медианы (Me) и интерквар-тильного размаха в виде 25 и 75 процентилей (С25 и С75), а параметрических с среднего значения (М) и ошибки средней арифметической (m). Статистическая значимость различий для независимых выборок определялась с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок с параметрическим распределением и непараметрического критерия Манна-Уитни для выборок с ненормальным распределением. В случае зависимых выборок для показателей с нормальным распределением был использован t-критерий Стьюдента для зависимых выборок. Критический уровень значимости p в работе принимался равным 0,05; 0,01; 0,001 [5].
Цель исследования. Определение возможных информативных показателей вариабельности кардиоритма, позволяющих на основании пробы с ререспирацией проводить
оценку уровня гипоксически-гиперкапниче-ской устойчивости без контроля газового метаболизма.
Результаты и обсуждение. Известно, что сердечно-сосудистая система одной из первых реагирует на функциональные нагрузки вне зависимости от характера их воздействия, вида, интенсивности и тяжести, обеспечивая тем самым срочную адаптацию организма к воздействующим факторам. Ре-гуляторные перестройки в значительной степени обеспечиваются реакцией вегетативной нервной системы, а активность состояния ее различных звеньев можно количественно оценивать по математическим показателям вариабельности сердечного ритма [3]. При этом по изменению кардиоритма можно судить не только о регуляторных перестройках кардиогемодинамики, но и о функциональных резервах организма в целом [4, 9, 13].
Анализ всей обследуемой нами выборки молодых уроженцев Магаданской области из числа европеоидов показал, что их функциональные системы в различной степени реагировали на стандартную пробу с ререспираци-ей, что позволило нам предположить об их различных уровнях устойчивости к сочетан-ному действию нарастающей гипоксии и ги-перкапнии. Необходимо отметить, что лица, демонстрировавшие высокую и низкую устойчивость к действию ГГКС, встречаются вне зависимости от индивидуального исходного преобладающего типа вегетативной нервной регуляции, т.е. среди ваго-, нормо- и симпатотоников. При этом лица, демонстрировавшие высокую или сниженную гипокси-чески-гиперкапническую устойчивость, распределились среди всей выборки обследуемых примерно одинаково (устойчивые -46 чел., неустойчивые - 50 чел.). Подчеркнем, что между этими группами все функциональные показатели, характеризующие газообмен и сатурацию гемоглобина кислородом, значимо различались между собой (табл. 1), что отражало правильность поведенного нами разделения всей выборки на 2 условные группы по показателям уровней 02 и СО2, оставшихся в мешке после респирации.
Таблица 1
Показатели газоанализа и уровень оксигемоглобина у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости
Показатели Изучаемые группы Уровень значимости различий
Устойчивые (группа 1) Неустойчивые (группа 2)
Концентрация СО2 в выдыхаемом воздухе (фон), % 3,4±0,1 3,7±0,1 р<0,01
Концентрация О2 в выдыхаемом воздухе (фон), % 16,8±0,1 16,5±0,1 р<0,05
Концентрация СО2 в мешке после ререспирации, % 6,2±0,1 7,9±0,1 р<0,001
Концентрация О2 в мешке после ререспирации, % 13,5±0,1 11,6±0,1 р<0,001
НЬ02 (фон), % 98,6±0,1 98,3±0,1 р<0,05
НЬ02 1-й мин пробы, % 98,0±0,1 97,6±0,1 р<0,05
НЬ02 2-й мин пробы, % 97,3±0,1 96,6±0,1 р<0,001
НЬ02 3-й мин пробы, % 96,7±0,1 95,7±0,2 р<0,001
При дальнейшем анализе показателей кардиогемодинамики отдельно по группам высоко- и низкоустойчивых испытуемых установлено, что значимые различия наблюдались по величинам систолического и диасто-лического артериального давления, а также по большинству статистических показателей
вариабельности кардиоритма (табл. 2). При этом только один показатель, характеризующий общую мощность спектра (ТР) и представляющий в нашем случае сумму нормированных значений высоко- и низкочастотных составляющих (ОТ, LF, VLF), имел достоверные различия между исследуемыми группами.
Таблица 2
Показатели кардиогемодинамики на пике пробы с ререспирацией у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости
Функциональные показатели Изучаемые группы Уровень значимости различий
Устойчивые Неустойчивые
САД, мм рт. ст. 127±1,5 139±1,8 р<0,001
ДАД, мм рт. ст. 83,0±1,7 93,5±1,9 р<0,001
ЧСС, уд./мин 74,5±1,2 76,1±1,2 р=0,41
СОК, мл 63,6±2,0 56,2±1,6 р<0,01
МОК, мл/мин 4512,0±114,4 4229,3±131,7 р=0,14
ОПСС, дин2ссм-5 2229,8±243,6 2491,6±135,0 р=0,32
МхОМп мс 363 (312; 422) 418 (355; 506) р<0,05
RMSSD, мс 55 (38;67) 67 (51; 98) р<0,05
pNN50, % 34 (20; 45) 42 (29; 58) р<0,05
SОNN, мс 74 (64; 84) 95 (71; 115) р<0,01
СУ, % 10 (8; 11) 12 (9; 14) р<0,01
Мо, мс 776 (724; 875) 727 (677; 849) р=0,22
АМо, мс 27 (24; 32) 22 (19; 29) р<0,01
SI, усл. ед. 46 (36; 72) 34 (23; 54) р<0,05
ТР, мс2 4157 (2982; 6473) 5590 (3702; 9237) р<0,05
ОТ, мс2 1513 (964; 2770) 2272 (1232; 4419) р=0,08
LF, мс2 1344 (835; 2341) 1319,0(866; 2170) р=0,88
Уи, мс2 464 (262; 694) 663 (381; 842) р=0,15
Известно, что уровень артериального давления и его производные показатели могут выступать информативными маркерами функционального состояния сердечно-сосудистой системы, особенно среди спортсменов, лиц пожилого возраста, контингентов, хронически подвергающихся действиям неблагоприятных производственных факторов, даже без использования специальных нагрузочных тестов. Однако в нашем случае при обследовании в состоянии оперативного покоя статистически значимых различий между изучаемыми характеристиками не отмечалось (табл. 3).
Таблица 3
Показатели гемодинамики в состоянии покоя у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости
Показатели Изучаемые группы Уровень значимости различий
Устойчивые Неустойчивые
САД, мм рт. ст. 123,8±1,2 124,6±1,3 р=0,72
ДАД, мм рт. ст. 74,8±0,8 75,0±0,9 р=0,92
ЧСС, уд./мин 72,7±1,3 69,5±1,1 р=0,09
УО, мл 69,4±0,6 69,2±1,0 р=0,99
МОК, мл/мин 5022,7±88,6 4809,2±95,4 р=0,12
ОПСС, дин2ссм-5 1566,7±32,0 1662,2±39,6 р=0,08
Из представленных в табл. 2 данных видно, что у юношей типизированных групп величины систолического и диастолического артериального давления находятся в пределах функциональной нормы, рекомендованной ВНОК [10]. Отсутствуют межгрупповые различия и в величинах систолического и минутного объемов крови, которые находились в приделах физиологической нормы для данной возрастной группы мужчин, соответственно составляя 60-80 мл и 4,5-5,2 л/мин [12].
Проба с ререспирацией выявила различия в показателях артериального давления и систолического объема крови, в отличие от показателей в состоянии покоя. Так, в группе «неустойчивых» систолическое и диасто-лическое артериальное давление на пике
пробы превышало аналогичные показатели группы «устойчивых» соответственно на 12 и 6,5 мм рт. ст., при этом величина систолического объема крови была достоверно ниже (на 7,4 мл). Другие показатели гемодинамики не имели значимых различий между испы-
туемыми исследуемых групп.
Детальный анализ показателей ВСР выявил, что в процессе ререспирации из 12 изученных показателей, достаточно полно отражающих вклад симпатического и парасимпатического регуляторного звена в состояние реактивности вегетативной нервной системы, статистически значимые различия (р<0,05) наблюдались по 8 характеристикам кардио-ритма (табл. 2). При этом различия в величинах, достоверно отличающихся между высоко- и низкоустойчивыми лицами при дыхании гипоксически-гиперкапнической воздушной смесью, всегда превышали 10 %, находясь в диапазоне 13-26 %, что позволяет считать эти показатели достаточно информативными при оценке и прогнозе устойчивости организма юношей к действию нормобо-рической газовой смеси.
Заключение. Таким образом, проведенные исследования показали, что значения вариабельности кардиоритма могут служить информативными маркерами для оценки устойчивости человека к дыханию нарастающей гипоксически-гиперкапнической воздушной смесью. При этом лица со сниженной устойчивостью проявляют большую чувствительность к нарастающей гиперкапнии, которая, активируя парасимпатическое звено, отражается в значениях следующих показателей кардиоритма, которые можно рекомендовать для выявления лиц со сниженной резистентностью к гипоксически-гиперкап-ническому воздействию: МхОМп> 418; RMSSО> 67; pNN50> 42; SDNN> 84; СУ> 12; АМо50< 22; SI< 34; ТР> 5590. В то же время для типизации лиц с высокой устойчивостью значения ВСР соответственно составляют: МхОМп< 363; RMSSD< 55; р№450< 33; SDNN< 74; СУ< 9; АМо50> 28; SI> 46; ТР< 4000.
Представленные показатели ВСР позволяют в процессе выполнения ререспирации для предварительной оценки уровня гипоксически-гиперкапнической устойчивости юношей ограничиться только регистрацией вышеперечисленных показателей кардиоритма. Определение значений ВСР, характерных для лиц других возрастов, и среднего уровня резистентно-
сти к изучаемой газовой смеси составляет предмет наших дальнейших исследований.
1. Агаджанян Н. Н. Адаптация и резервы организма / Н. Н. Агаджанян. - М. : Физкультура и спорт, 1983. - 176 с.
2. Айдаралиев А. А. Адаптация человека к экстремальным условиям: Опыт прогнозирования / А. А. Айдаралиев, А. Л. Максимов. - Л. : Наука, 1988. - 126 с.
3. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем : методич. рекомендации / Р. М. Баевский [и др.] // Вестн. аритмологии. -2001. - № 24. - С. 65-83.
4. Баевский Р. М. Введение в донозологиче-скую диагностику / Р. М. Баевский, А. П. Берсенева. - М. : Слово, 2008. - 176 с.
5. Боровиков В. П. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов / В. П. Боровиков. - СПб. : Питер, 2003. - 688 с.
6. Витязев В. В. Анализ неравномерных временных рядов / В. В. Витязев. - СПб. : СПбГУ, 2001. - 49 с.
7. Максимов А. Л. Возрастные перестройки вариабельности сердечного ритма и гемодинамики у аборигенов в зависимости от ведущего типа вегетативной регуляции / А. Л. Максимов, А. Л. Лос-кутова // Российский физиологический журн. им. И. М. Сеченова. - 2014. - № 5. - С. 634-647.
8. Малкин В. Б. Острая и хроническая гипоксия / В. Б. Малкин, Е. Б. Гиппенрейтер. - М. : Наука, 1977. - 315 с.
9. Попов В. В. Вариабельность сердечного ритма: возможность применения в физиологии и клинической медицине / В. В. Попов, Л. Н. Фриц-ше // Украинский медичный часопис. - 2006. -№ 2 (52). - С. 24-31.
10. Профилактика, диагностика и лечение артериальной гипертензии. Российские рекомендации (второй пересмотр) : прилож. к журн. «Кардиоваскулярная терапия и профилактика». -2004. - 20 с.
11. Рост и развитие ребенка / В. В. Юрьев [и др.] ; под ред. В. В. Юрьева. - СПб. : Питер, 2003. - 272 с.
12. Солодков А. С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная / А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. - М. : Терра-Спорт, 2001. - 510 с.
13. Щербатых Ю. В. Вегетативные проявления экзаменационного стресса : автореф. дис. ... д-ра биол. наук / Ю. В. Щербатых. - СПб., 2001. -32 с.
INFORMATIVE VALUE OF CARDIOHEMODYNAMICS AND HEART RATE VARIABILITY INDICES OBSERVED IN YOUNG MALES WITH DIFFERENT LEVELS OF HYPOXIA-HYPERCAPNIA RESISTANCE
A.L. Maximov, I.V. Averyanova
Scientific Research Center "Arktika" FEB RAS, Magadan
Male residents of Magadan region (n=96) were examined at enclosure breathing (reresperation) to study the body resistance to hypoxia-hypercapnia air mixture based on the ventilation indices. The examinees were divided into two groups of high- or low resistant ones. Statistic analysis of hemodynamics and heart rate variability was performed separately on each group before (baseline) and during the rerespiration test. Found that, heart rate variability indices registered during the test can be used to assess the body resistance to breathing hypoxia-hypercapnia air mixture instead of oxygen and carbon dioxide rates or oxihemogram to be used for this purpose. The findings testify to a rather high informative level of the studied heart rate variability characteristics.
Keywords: young males, heart rate, hemodynamics, rerespiration, hypoxia-hypercapnia resistance.
УДК 612.13-053.8:796.012
РЕЗИСТЕНТНОСТЬ НАРКОТИЗИРОВАННЫХ КРЫС К ПРОГРЕССИРУЮЩЕЙ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ
Е.В. Баранова, В.А. Килимник, Ж.А. Донина
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург
Изучены взаимозависимые реакции респираторной и сердечно-сосудистой систем в условиях прогрессирующей гипоксии. Показано, что быстрое снижение О2 в диапазоне от 19 до 6 % и сопутствующая гипокапния не вызывают существенных сдвигов показателей внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы и реактивных возможностей дыхательной системы у наркотизированных крыс. Дальнейшее снижение содержания кислорода приводит к необратимым последствиям, что проявляется резким снижением артериального давления, терминальным состоянием и полной остановкой дыхания. В генезе тяжелого гипоксического состояния ведущую роль играют сдвиги метаболизма, приводящие к изменению активности центральных и периферических хеморецепторов и угнетению функций вазомоторного и дыхательного центров.
Ключевые слова: острая гипоксия, гипокапния, внешнее дыхание, сердечно-сосудистая система, реактивные возможности системы дыхания.
