Введение к работе
Актуальность темы 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 (У Р Эшби, 1959, Г Селье, 1972, Ф 3 Меерсон, 1993, Н А Агаджанян, 2005 и др )
В настоящее время считается, что функциональные резервы организма
представляют собой потенциальную способность обеспечить
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
Известно, что углекислый газ является одним из важнейших регуляторов физиологических процессов в организме (И М Сеченов, 1883, П М Альбицкий, 1918, Дж Ходцен, 1937, ИИ Голодов, 1948, ME Маршак, 1969, НА Агаджанян, А И Елфимов, 1986, НА Агаджанян, А Я Чижов, 2003 и др) Считается, что средняя величина РдС02 равна 40 мм рт ст и отклонение от нее приводит к существенному нарушению жизнедеятельности организма При этом могут развиваться острые и хронические состояния, которые можно описать как гипокапния и гиперкапния
Измененная газовая среда используется с целью повышения уровня неспецифической резистентности, в результате чего стимулируется деятельность различных систем организма, принимающих участие в сохранении кислородного гомеостаза (ММ Миррахимов, 1977, НА Агаджанян, 1983, РБ Стрелков, А Я Чижов, 2001, A3 Колчинская, 2003 и др), в комплексной терапии для лечения злокачественных новообразований
Большое значение придается измененной газовой среде как провоцирующему фактору для оценки функциональных резервов в рамках врачебно-летной экспертизы
Развивается тактика и стратегия применения фармакологических средств для коррекции гипоксических состояний (Л Д Лукьянова, 2007)
При любых экстремальных воздействиях организм стремится к сохранению гомеостаза, и, в первую очередь, - к сохранению приемлемых условий кровоснабжения жизненно важных органов, таких как головной мозг и сердце В связи с этим, оценка динамики изменения основных параметров деятельности сердечно-сосудистой системы и мозгового кровообращения при различных типах внешних нагрузок, определение характерных для популяции кластерных типажей реакции на сочетанное воздействие различных внешних факторов, а также создание корректных автономных математических процедур прогноза отклика организма на внешнее воздействие для любого конкретного человека, является актуальной и обоснованной
Важным аспектом изучения адаптивных процессов является создание доступных и информативных физиологических методов комплексной оценки
]
функциональных резервов организма человека при воздействии измененной газовой среды
Цель исследования: Дать эколого-физиологическую характеристику функциональных резервов организма при действии измененной газовой среды В соответствии с целью были определены следующие задачи:
1 Изучить динамику показателей кардиореспираторной системы и
мозгового кровотока в измененных условиях газовой среды (респираторные
пробы, увеличенное дыхательное мертвое пространство),
2 Дать сравнительную характеристику особенности реакции
кардиореспираторной системы организма при действии избыточного
внутрилегочного давления без компенсации и с применением внешнего
противодавления,
3 Выявить особенности реакции сердечно-сосудистой системы при
действии измененной газовой среды в условиях психо-эмоционального
напряжения
Научная новизна. Впервые исследована динамика мозгового кровотока во время проведения различных функциональных проб (произвольная гипервентиляция, нормобарическая гипоксическая гипоксия и гипокси-гиперкапния) Оценены физиологические возможности применения дыхательных тренажеров, основным действующим фактором которых является дополнительное дыхательное мертвое пространство и сопротивление дыханию Впервые показано, что газовый состав альвеолярного воздуха стабилизируется на определенном уровне вне зависимости от объема дополнительного дыхательного мертвого пространства Показана возможность оценки вариабельности ритма дыхания при проведении дыхательных проб и его диагностическое значение Впервые выявлена диагностическая ценность применения метода вариабельности сердечного ритма для оценки характера адаптивных реакций при дыхании под избыточным давлением без компенсации и с применением высотно-компенсирующего костюма Оценена возможность применения новых математических подходов к обработке сигнала, полученного на основе ЭКГ (представление сигнала в фазовом пространстве координат) в различных условиях Охарактеризована возможность применения измененной газовой среды и дозированной физической нагрузки в условиях значительного психо-эмоционального напряжения
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты расширяют и углубляют представления об особенностях физиологических механизмов формирования адаптивных реакций кардиореспираторной системы и ее функциональных резервов при воздействии измененной газовой среды Разработаны критерии для оценки адаптационных возможностей организма при проведении различных дыхательных проб, а также функционального состояния обследуемого в режиме реального времени Выявленные критерии оценки функциональных резервов позволяют в перспективе разработать автоматизированную систему прогноза поведения различных физиологических параметров В качестве практических текущих математических критериев
оценки функциональных резервов сердечно-сосудистой системы человека при воздействии различных внешних факторов предложено использовать интегральное время релаксации, функцию минимизации амплитудной и временной дисперсии экстремумов измеряемых физиологических параметров, функцию минимизации дисперсии скорости измеряемых физиологических параметров на фазе возрастания амплитуды Положения, выносимые на защиту:
-
Разработан комплекс критериев оценки выполнения функциональных нагрузочных проб с моделированием измененного газового состава вдыхаемого воздуха, что позволяет выявлять индивидуальные типы реагирования человека на гипоксический, гиперкапнический и гипокапнический стимул, оценивать функциональные резервы кардиореспираторной системы и прогнозировать устойчивость к экстремальным условиям деятельности в измененной газовой среде
-
Выявлено, что оценка динамики ритма дыхания, вариабельности сердечного ритма, а также данных, полученных на основе представления сигнала в фазовом пространстве, дает дополнительную информацию о текущем состоянии испытуемого и позволяет более точно дозировать нагрузку в режиме он-лайн Показано, что информативными являются не только амплитуда реакции и динамика адаптации к нагрузкам, но и динамика и характерное время релаксационных процессов восстановления организма после нагрузки
-
Доказано, что мозговой кровоток в средней мозговой артерии меняется в зависимости от парциального давления С02 в альвеолярном воздухе
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи из перечня журналов и изданий, утвержденных Президиумом ВАК России Структура її объем диссертации. Диссертация содержит следующие разделы введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, главы собственных исследований, заключение, выводы и практические рекомендации, список использованной литературы и приложения Работа изложена на 151 машинописном листе, содержит 21 таблицу, 32 рисунка Библиографический указатель содержит 260 цитированных работ (165 отечественных и 95 иностранных)
Для решения поставленных задач было проведено четыре серии исследований с участием 189 добровольцев, мужчин и женщин в возрасте от 19 до 35 лет Всего проведено 606 исследований
Общая характеристика проведенных серий экспериментов показана в таблице 1
Таблица 1
Общая характеристика, объем и методы исследований
Примечание количество испытателей не равно количеству обследованных в связи, что некоторые испытатели участвовали в нескольких сериях
Дополнительное дыхательное мертвое пространство (ДМП) создавалось с помощью аппарата «Самоздрав», а также присоединения к газообменной маске разных объемов (жесткая проточная емкость 0 5, 1, 3,6 и 9 литров)
Показатели гемодинамики средней мозговой артерии (СМА) фиксировали методом ультразвуковой допплерографии (УЗДГ) на аппарате «Ангиодин-2» научно-производственной фирмы «БИОСС»
Измененную газовую среду создавали с помощью стандартных дыхательных проб проба Штанге, Генча, піпервентиляционная проба, пробы с возвратным дыханием, гипоксической пробы Гипоксическая газовая смесь (10% Ог в азоте) приготавливалась гипоксикатором «Эверест» фирмы «Метакс» До, в ходе и после каждой пробы непрерывно регистрировались показатели кардиореспираторной системы функция внешнего дыхания (ЧД, ДО, МОД) оценивалась спирографом «Спиро-спектр» фирмы «Нейрософт», параметры газообмена (Р,С02, Р,02, РаС02, Рд02) фиксировались с помощью инфракрасного капнометра и электрохимического оксиметра фирмы «Нейрософт», фиксировалась ЭКГ в 3-х стандартных отведениях с помощью электрокардиографа фирмы «Нейрософт», анестезиологический монитор фирмы «Омид» (г. Ростов-на-Дону) использовался для определения уровня РАС02, ЧД, ЧСС, SpOj Объемные показатели внешнего дыхания и показатели газообмена приводились, соответственно, к системе BTPS и STPD Вариабельность сердечного ритма (ВСР) оценивалась по стандартным методикам (Баевский, 2003) Артериальное давление измерялось аппаратом СКАД-2 по Савицкому Обработка данных осуществлялась с помощью программного обеспечения «Поли-спектр» Сопротивление дыханию измерялось с помощью U-образкого водяного монометра
Избыточное внутрилегочное давление создавалось с помощью аппарата КПТ-ЭУ воздухом при нормальном барометрическом давлении
Для математического анализа адаптивных процессов использовались временные зависимости в координатах изменения амплитуды отклика в зависимости от времени или амплитуды управляющего сигнала Такой подход для исследования особенностей функционирования сердечно-сосудистой системы человека в измененных условиях реализован в использованном при выполнении диссертационной работы комплексе «Фазаграф-М», разработанном В В Вишневским и Л С Файнзильбергом для экспресс-оценки функционального состояния Комплекс основан на методе отображения ЭКГ в фазовом пространстве координат Основная идея этого метода состоит в том, что на основе обработки временного электрокардиосигнала x=x(f) оценивается его производная, и в координатах х - dx/dt отображается графическая зависимость между амплитудой ЭКГ и ее скоростью изменения во времени (фазовая траектория), что позволяет построить эталонный кардиосигнал Психо-эмоциональное напряжение моделировалось и оценивалось на примере сдачи экзаменов студентами ВУЗа Регистрация состояния сердечнососудистой системы включала в себя измерение ЭКГ в первом отведении до и после экзаменов
Статистический анализ данных проводился по стандартным методикам с применением пакета программ Statistica б 0 Достоверность различий между группами оценивали по t-критерию Стьюдента
