CC BY
9влияние нормобарическои гипоксии на сердечно-сосудистую систему при выполнении умственной работы
УДК/UDC 796.01:612
Поступила в редакцию 29.08.2022 г.
Доктор биологических наук, профессор Р.В. Тамбовцева1 Аспирант Д.И. Сечин1
1Российский университет спорта (ГЦОЛИФК), Москва
INFLUENCE OF NORMOBARIC HYPOXIA ON THE CARDIOVASCULAR SYSTEM WHEN PERFORMING MENTAL WORK
Dr. Biol., Professor R.V. Tambovtseva1
Postgraduate student D.I. Sechin1 1Russian University Sport (SCOLIPE), Moscow
Информация для связи с автором: [email protected]
Аннотация
Цель исследования - изучение влияния тяжести нормобарической гипоксии на показатели сатурации крови и сердечно-сосудистой системы при выполнении умственной работы.
Методика и организация исследования. В эксперименте принимали участие высококвалифицированные спортсмены-пловцы, которые выполняли тестовые задания на умственную работоспособность. После завершения тестовых заданий проводилась гипоксическая проба при помощи гипокси-катора. Измерялись сатурация крови ^02) и показатели ССС, которые использовались для оценки степени тяжести гипоксического воздействия, а также для изучения зависимостей изменений, вызванных 1\1Н, и изменений умственной работоспособности.
Результаты исследования и выводы. Показано, что пребывание в условиях воздействия 1\Ж (10% O2) связано с изменениями функционирования ССС, которые свидетельствуют о выраженной симпатоадреналовой реакции, направленной на мобилизацию организма в ответ на новый стимул, и проявляется повышением ЧСС и усилением церебрального кровотока. Характер срочного адаптивного ответа ССС на гипоксический стимул выступает в качестве возможного критерия прогнозирования степени положительного влияния нормобарческой гипоксии на сердечно-сосудистую систему при выполнении умственной работы.
Ключевые слова: гипоксия, умственная работоспособность, сатурация крови, кислород-транспортная система.
Abstract
Objective of the study was to study the effect of the severity of normobaric hypoxia on the indicators of blood saturation and the cardiovascular system during mental work.
Methods and structure of the study. The experiment involved highly skilled swimmers who performed test tasks for mental performance. After completing the test tasks, a hypoxic test was carried out using a hypoxicator. Blood saturation (SO2) and CVS parameters were measured, which were used to assess the severity of hypoxic exposure, as well as to study the dependence of changes caused by NH and changes in mental performance.
Research results and conclusions. It has been shown that exposure to NH (10% O2) is associated with changes in the functioning of the cardiovascular system, which indicate a pronounced sympathoadrenal reaction aimed at mobilizing the body in response to a new stimulus, and is manifested by an increase in heart rate and an increase in cerebral blood flow. The nature of the urgent adaptive response of the cardiovascular system to a hypoxic stimulus serves as a possible criterion for predicting the degree of positive effect of normobaric hypoxia on the cardiovascular system during mental work.
Keywords: hypoxia, mental performance, blood saturation, oxygen transport system.
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
Введение. Нормобарическая гипоксия ^Н) является сильным активатором различных функциональных перестроек, обеспечивающих сохранение гомеостаза организма, причем физиологические реакции между различными формами гипоксии могут существенно различаться [3]. Сохранение гомеостаза при воздействии гипоксии на организм осуществляется в основном за счет изменений функционирования [2] кислород-транспортной системы (КТС), которая включает систему внешнего дыхания, систему крови и сердечнососудистую систему (ССС). В связи с этим нормобарическая гипоксия является мощным экзогенным фактором и вызывает системные изменения в организме человека за счет изменений функционирования КТС.
Функциональные перестройки КТС, при воздействии NH на организм человека, подчинены необходимости обеспечения доставки О2 к органам и тканям в соответствии с его запросом. Активатором функциональных перестроек КТС являются стресс-лимитирующие системы срочной адаптации, и в данном случае гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая и симпатико-адреналовая системы организма являются главным звеном.
Развертывание механизмов срочной адаптации в ответ на воздействие гипоксического фактора свидетельствует о пребывании организма в состоянии физиологического стресса. Стресс-реакция на воздействие NH является обязательным компонентом физиологического ответа организма [1].
28
http://www.teoriya.ru
№1 • 2023 Январь | Yanuar
Таким образом, влияние NH на организм человека характеризуется не только системно-избирательным, но и генерализованным эффектом, проявляющимся на всех уровнях организма и его системах. Срочный ответ кислород-транспортной системы на гипоксию обеспечивает необходимую доставку кислорода к клетке, тканям, органам, тем самым поддерживая их функционирование и сохранение от гибели.
Цель исследования - изучение влияния тяжести нор-мобарической гипоксии на показатели сатурации крови и сердечно-сосудистой системы при выполнении умственной работы.
Методика и организация исследования. Научное исследование было проведено на кафедре биохимии и биоэнергетики спорта им. Н. И. Волкова. В работе участвовали спортсмены, специализирующиеся в плавании на средние дистанции (n=10 человек (ЭГ) и n=10 человек (КГ). Спортсмены были здоровы и допущены врачом к участию в эксперименте. Исследование проведено с соблюдением всех принципов гуманности и этических норм согласно Хельсинской декларации, 2000 года и Директив Европейского сообщества 86/609).
Спортсмены выполняли тестовые задания на умственную работоспособность (УР). После завершения тестовых заданий проводилась гипоксическая проба при помощи гипокси-катора Эверест-1 мод. 07.
С помощью пульсоксиметров (стационарного - NONIN 8600, США; запястного - MD300W, Китай) измерялась сатурация крови (SO2). Частоту сердечных сокращений (ЧСС) определяли с помощью PolarT34 (Финляндия). Полученные показатели SpO2 и ЧСС использовались для оценки степени тяжести гипоксического воздействия, а также для изучения зависимостей изменений, вызванных NH и изменений УР.
Измерение артериального давления (АД) осуществлялось с помощью цифрового полуавтоматического измерителя OMRONM1 Compact. Артериальное давление измерялось на всем протяжении гипоксической пробы с интервалом 3 минуты между измерениями. Регистрировалось систолическое артериальное давление (САД) и диастолическое артериальное давление (ДАД), дополнительно рассчитывалось пульсовое давление (ПД).
Для возможности проведения корреляционного анализа производился расчет размаха вариации (R) показателей SpO2, ЧСС и показателей АД для каждого испытуемого. Концентрацию лактата в крови (HLa, ммоль/л) определяли электрохимическим методом с помощью анализатора NOVA Biomedical Lactate Plus (США). Забор капиллярной крови осуществляли в состоянии покоя до выполнения теста и на 3-й, 5-й, 7-й и 10-й минутах после окончания работы.
Полученные результаты были обработаны с помощью Microsoft Excel 2019.
Результаты исследования и их обсуждение. В табл. 1 представлены параметры, отражающие изменения сердечнососудистой системы во время гипоксического воздействия или нахождения в условиях нормоксии.
Показано, что по всем приведенным показателям ССС выявлены статистически достоверные различия (p<0,001).
Программой экспериментального исследования, для контрольной группы предполагалось вдыхание нормоксической
Таблица 1. Показатели уровня насыщения крови кислородом (SpO2) и
газовой смеси через маску, подключенную к гипоксикато-ру, в точности с условиями, создаваемыми для экспериментальной группы, за исключением моделируемой NH. Ввиду незначительного диапазона вариабельности показателя SpO2 у контрольной группы, в графическом представлении данного показателя для данной выборки не представляется целесообразным. Тем не менее, у спортсменов контрольной группы не выявлено снижения SpO2 во время 30-минутного пребывания в условиях нормоксического отдыха в условиях, схожих с экспериментальными. Данный факт свидетельствует о корректном воссоздании экспериментальных условий для испытуемых контрольной группы.
Показатели SpO2 испытуемых экспериментальной группы представлены графически на рис. 1.
Как видно из представленных на рис. 1 показателей сатурации крови SpO2 и их динамики, у спортсменов экспериментальной группы уже через минуту после начала гипоксиче-ского воздействия отмечается падение SpO2 ниже значений физиологической нормы. Все представленные на рисунке статистические показатели свидетельствуют о том, у рассматриваемой выборки спортсменов наблюдаются различные реакции на воздействие гипоксического фактора.
Динамика ЧСС у спортсменов контрольной группы во время покоя в условиях нормоксии характеризуется устойчивостью рассматриваемых показателей на всем протяжении данного этапа исследования. Безусловно, в соответствии с динамикой максимальных значений ЧСС спортсменов контрольной группы, во время нахождения спортсменов в состоянии покоя показатели ЧСС колебались в определенных пределах. Данные колебания обусловлены следующими факторами: нормальная динамика ЧСС в покое; выполнение движений во время нахождения в состоянии покоя.
В выборке спортсменов, подвергавшихся воздействию экспериментального гипоксического фактора, присутствовали спортсмены с нормальными значениями ЧСС, брадикардией и тахикардией (рис. 2). Во время пребывания в условиях влияния гипоксического фактора, ЧСС плавно нарастает вплоть
100 95 90 85 80 % 75 70 65 60 55
ВОССТ.
ИСХОД
ГИПОКСИЯ Временной интервал измерения
—X —Ме —Min - Max Рис. 1. Динамика показателей сатурации крови (SpO2) у спортсменов экспериментальной группы в состоянии покоя при воздействии острой нормобарической гипоксии (NH)(10% O2)
ССС спортсменов контрольной и экспериментальной группы
Показатель КГ Me (Q1; Q3) ЭГ Me (Q1; Q3) p-value
R SpO2, % 3 (3;3) 21 (14;29) 0,00
R ЧСС, уд/мин 27 (26;29) 37 (32;42) 0,00
R САД, мм рт. ст. 5 (4;5) 19 (14;21) 0,00
R ДАД, мм рт. ст. 2 (2;2) 17 (14;21) 0,00
R ПД, мм рт. ст. 6 (5;6) 24 (17;29) 0,00
№1 • 2023 Январь | Januar
http://www.teoriya.ru
f
140 130
120 110 00 90 80 70 60 50 40
ш
ИСХОД ГИПОКСИЯ
Временной интервал измерения
ВОССТ.
—X — Ме —Min — Max Рис. 2. Динамика показателей ЧСС у спортсменов экспериментальной группы в состоянии покоя при воздействии острой нормобариче-ской гипоксии (NH) (10% О2)
до 3-й минуты с последующей стабилизацией рассматриваемого показателя на протяжении всей гипоксической пробы.
Ранее было обозначено, что показатель SpO2 снижается в течение первых трех минут гипоксической пробы, что в совокупности с описанной характеристикой ЧСС свидетельствует о развертывании адаптивных механизмов, сопряженных с перестройкой функционирования КТС и ССС на протяжении первых трех минут гипоксического воздействия. Представленная динамика изменений показателей ССС у спортсменов экспериментальной группы отражает происходящие адаптационные реакции ССС, обусловленной изменениями функционирования вегетативной нервной системы в ответ на экспериментальный гипоксический фактор.
Пребывание в условиях воздействия NH (10% O2) связано с изменениями функционирования ССС. Учитывая тот факт, что в исследовании принимали участие спортсмены, ранее не использовавшие NH фактор, выявленные реакции ССС свидетельствуют о выраженной симпатоадреналовой реакции. Данная реакция, как правило, направлена на мобилизацию организма в ответ на новый стимул и проявляется повышением ЧСС и усилением церебрального кровотока [5].
При интерпретации изменений ССС и ЭЭГ-активности, зарегистрированных при NH воздействии, формируется представление о повышении интенсивности гемодинамических сигналов [4] и соответственно об усилении церебрального кровотока.
Выявленная зависимость между показателями, отражающими изменения умственной работоспособности и изменениями показателей ЭЭГ-активности и ССС во время пребывания в NH условиях, обусловлена эффективностью механизмов формирования срочного адаптивного ответа при NH воздействии.
Выводы. Меньшая степень нарушения моторных функций у спортсменов связана с более выраженным ответом сердечно-сосудистой системы на нормобарическую гипоксию. Характер срочного адаптивного ответа сердечно-сосудистой системы на гипоксический стимул выступает в качестве возможного критерия прогнозирования степени положительного влияния NH на ССС. Изменения функций мышления и сенсо-моторных функций, произошедшие в результате нормобари-ческого гипоксического воздействия, коррелируют с изменениями ЭЭГ активности и ответа ССС, зарегистрированными непосредственно во время гипоксического воздействия.
Литература
1. Бурых Э.А. Общие закономерности и индивидуальные особенности интегративного ответа организма человека на воздействие острой нормобарической гипоксии: автореф. дис. ... докт. мед. наук: 03.03.01 / Э.А. Бурых / Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук. - СПб., 2020. - 40 с.
2. Цыганова Т.Н. Использование нормобарической интервальной гипо-гипероксической тренировки в профилактике митохондри-альных дисфункций (обзорная статья) / Т.Н. Цыганова // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. - 2019. -№ 2. - С. 126-130.
References
1. Burykh, E. A. Obshchiye zakonomernosti i individualnyye osobennosti integrativnogo otveta organizma cheloveka na vozdeystviye ostroy nor-mobaricheskoy gipoksii [General patterns and individual characteristics of the integrative response of the human body to the effects of acute normobaric hypoxia]. Doct. diss. abstract (Med.). Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry named after I.M. Sechenov RAS. St. Petersburg, 2020. 40 p.
2. Tsyganova, T.N. Ispolzovaniye normobaricheskoy intervalnoy gipo-giperoksicheskoy trenirovki v profilaktike mitokhondrialnykh disfunktsiy (obzornaya statya) [The use of normobaric interval hypo-hyperoxic training in the prevention of mitochondrial dysfunctions (review article)]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. Elektronnoye izdaniye. 2019. No. 2. pp. 126-130.
3. Mounier R., Brugniaux J. V. Counterpoint: Hypobaric hypoxia does not induce different responses from normobaric hypoxia. Journal of Applied Physiology. 2012. Vol. 112, no. 10. pp. 1784-1786.
4. Sadaghiani S., Scheeringa R., Lehongre K. et al. Intrinsic connectivity networks, alpha oscillations, and tonic alertness: a simultaneous electroencephalography/functional magnetic resonance imaging study. Journal of Neuroscience. 2010. Vol. 30. pp. 10243-10250.
5. Stephens C., Kennedy K., Napoli N. et al. Effects on task performance and psychophysiological measures of performance during normobaric hypoxia exposure.19th International Symposium on Aviation Psychology. 2017. pp. 202-207.
