Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Вариабельность сердечного ритма как метод оценки регуляторных систем организма 11
1.1.1. Общие принципы анализа вариабельности сердечного ритма 12
1.1.2. Основные методы анализа ВСР 19
1.1.3. Анализ ВСР в оценке функционального состояния организма 22
1.2. Функциональные нагрузки на кардиореспираторную систему 26
1.2.1. Функциональное тестирование 26
1.2.2. Дыхание в условиях измененной газовой среды. (Влияние на организм гипоксии и гиперкапнии) 31
Глава 2. Материал и методика исследований 43
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 53
3.1. Исследование здоровых людей в покое и при тестах с фиксированным темпом дыхания и максимальной задержкой дыхания 53
3.1.1. Исследование молодых здоровых людей в условиях покоя 53
3.1.2. Исследование молодых здоровых людей (студентов) при проведении пассивного ортостатического теста. 54
3.1.3. Исследование молодых здоровых людей (студентов) при проведении тестов ФТД-10 60
3.1.4. Исследование молодых здоровых людей (студентов) при тестах с задержкой дыхания 61
3.2. Вариабельность сердечного ритма в эксперименте с длительной изоляцией 63
3.2.1. Исследования в условиях покоя 63
3.2.2. Исследования при проведении тестов с ФТД 69
3.2.3. Исследования при проведении тестов с МЗД 72
3.3. Вариабельность сердечного ритма на разных этапах горного восхождения на пик Ленина (7134 м, Памир) 78
3.3.1. Результаты исследований в покое 78
3.3.2. Результаты исследований при проведении теста ФТД-10 82
3.3.3. Тесты с МЗД на разных этапах горного восхождения 85
3.3.4. Индивидуальные особенности адаптации к гипоксии 86
3.4. Вариабельность сердечного ритма при использовании «Гиперкапникатора» 93
3.5. Исследование членов экипажей Международной космической станции . 95
Заключение 98
Выводы .101
Практические рекомендации 103
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации 105
Литература 107
- Общие принципы анализа вариабельности сердечного ритма
- Дыхание в условиях измененной газовой среды. (Влияние на организм гипоксии и гиперкапнии)
- Исследования в условиях покоя
- Исследование членов экипажей Международной космической станции
Общие принципы анализа вариабельности сердечного ритма
Сущность метода анализа ВСР состоит в изучении «функции разброса» величин длительностей последовательного ряда кардиоинтервалов. Именно в «функции разброса» заключена информация о механизмах регуляции сердечного ритма и в целом системы кровообращения. Сердце является весьма чувствительным индикатором всех происходящих в организме событий. Ритм и сила сердечных сокращений, регулируемые через симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы, очень чутко реагируют на любые стрессорные воздействия. Не случайно пульсовая диагностика занимает столь значительное место в китайской медицине. В древнем Китае и на Тибете врачи на основе прощупывания пульса на обеих руках и ногах, оценивая его качественные и количественные характеристики, умели ставить диагноз, назначать лечение, прогнозировать течение заболеваний. Сила и ритм сердечных сокращений несут информацию о состоянии регулирующих их систем.
Современные представления о сердечно-сосудистой системе как об индикаторе адаптационных реакций организма получили свое развитие в космической медицине. Как известно, сердечно-сосудистая система является одной из главных «мишеней» действия невесомости, так как в новой среде обитания первично возникает перераспределение крови в верхние отделы тела, что ведет к переполнению ею малого круга кровообращения в работе левого и правого желудочка и к уменьшению объема циркулирующей крови (рефлекс Генри-Гауера). Кроме того, уменьшение нагрузки на мышечную систему с соответствующим снижением энергетического обмена и снижение интенсивности афферентной импульсации с соответствующей перестройкой работы нервных центров также ведут к перестройке механизмов, регулирующих кровообращение. Последующая адаптация организма к условиям длительного космического полета в значительной мере связана с реакциями сердечно-сосудистой системы и ее регуляторных механизмов. Поэтому с первых шагов космической медицины ее ведущим разделом является космическая кардиология. Концепция о сердечно-сосудистой системе как индикаторе адаптационных реакций всего организма была изложена в монографии В.В. Ларина, P.M. Баевского, Ю.Н. Волкова и О.Г. Газенко «Космическая кардиология», которая вышла в 1967 году.
Именно в космической медицине впервые началось практическое применение пульсовой диагностики в ее современном виде. Математический анализ сердечного ритма получил свое развитие как один из важных методологических принципов космической кардиологии, который заключается в исследовании в первую очередь регуляторных механизмов кровообращения. Это обусловлено практической необходимостью знать механизмы развития возможных патологических отклонений во время и после полета для того, чтобы обеспечить их прогнозирование и профилактику.
Основной причиной снижения адаптационных возможностей организма, срыва адаптации является перенапряжение и истощение регуляторных систем (Баевский Р.М, 1979, 1987). Судить о степени напряжения регуляторных систем можно с помощью многих методов: путем изучения содержания в крови гормонов адреналина и норадреналина, по изменению диаметра зрачка, по величине потоотделения и т.д. Но наиболее простой и доступный метод, и что самое главное, позволяющий вести непрерывный динамический контроль (мониторирование), - это анализ вариабельности ритма сердца (Баевский P.M., 1968, 1979, 1983; Баевский P.M.,. Кириллов О.И., Клецкин С.З., 1984).
В основе этого метода лежит изучение разброса (вариабельности) длительностей кардиоинтервалов. На рис. 1 показано как формируется кардиоинтервалограмма (ритмограмма) на основе анализа длительности интервалов между RR-зубцами электрокардиограммы.
Синусовый узел сердца под действием сигналов, передаваемых через блуждающий нерв, то замедляет, то ускоряет сердечные сокращения в такт дыханию. Так называемая дыхательная аритмия зависит от того, что на вдохе поток импульсов по парасимпатическим волокнам усиливается и активирует ядра блуждающего нерва. Это обусловлено возбуждением рецепторов в результате растяжения легких, движения диафрагмы, увеличения притока крови к сердцу. Симпатический нерв, усиливающий и ускоряющий сердечные сокращения, несет синусовому узлу команды из высших уровней управления. Прежде всего, важно отметить, что под его воздействием подавляется дыхательная аритмия и усиливаются колебания с более длительными периодами (недыхательные колебания). Наиболее изучена к настоящему времени периодика сердечного ритма, связанная с-деятельностью вазомоторного центра. Эти колебания с периодом около 10 секунд (7-20 секунд) характеризуют барорефлекторную реакцию артериального давления, обусловленную импульсами, идущими с рецепторов сонной артерии.
Но в ритме сердца имеются и колебания с более длительными периодами (минуты, десятки минут, часы), вплоть до хорошо известных всем суточных колебаний: урежение ритма сердца в ночное время и учащение днем. Эти изменения ритма связаны с активностью высших вегетативных центров, кортико-лимбической и гипоталамо-гипофизарной систем. Существует гипотеза, что период колебаний сердечного ритма тем больше, чем сложнее организован соответствующий контур регуляции, т.е. чем выше уровень регуляции (Баевский P.M., 1976). Активация высших уровней тормозит деятельность низших и это проявляется изменениями амплитуды волн сердечного ритма с разными периодами.
В 1968 году была предложена двухконтурная модель регуляции сердечного ритма. (Баевский P.M., 1968). Она основывалась на кибернетическом подходе, при котором система управления синусовым узлом представлялась в виде двух взаимосвязанных контуров: центрального и автономного, управляющего и управляемого с каналами прямой и обратной связи. В настоящее время эта модель существенно дополнена с учетом накопленных клинических и экспериментальных данных. Если представить систему управления ритмом сердца в виде двух контуров, как показано на рис. 2, то на основе известных данных о дыхательной и недыхательной составляющих сердечного ритма могут быть рассмотрены следующие положения.
Синусовый узел, блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу являются рабочими органами управляемого (низшего, автономного) контура регуляции. Индикатором активности этого контура является дыхательная синусовая аритмия. При этом дыхательная система может рассматриваться как элемент обратной связи в автономном контуре регуляции сердечного ритма. Управляющий (высший, центральный) контур регуляции характеризуется различными медленноволновыми составляющими сердечного ритма. Его индикатором является недыхательная синусовая аритмия. Прямая связь между управляющим и управляемым контурами осуществляется через нервные (в основном симпатические) и гуморальные каналы. Обратная связь также обеспечивается нервным и гуморальным путем, но при этом важную роль играет афферентная импульсация с барорецепторов сердца и сосудов, с хеморецепторов и с обширных рецепторных зон других органов и тканей. Управляемый контур в условиях покоя работает в автономном режиме, который характеризуется наличием выраженной дыхательной аритмии. Дыхательные волны усиливаются во время сна или при наркозе, когда уменьшаются центральные влияния на автономный контур регуляции. Различные нагрузки на организм, требующие включения в процесс управления сердечным ритмом центрального контура регуляции, ведут к ослаблению дыхательного компонента синусовой аритмии и к усилению ее недыхательного компонента. Общая закономерность состоит в том, что более высокие уровни управления тормозят активность более низких уровней (Парин В.В., Баевский Р.М, 1966). В ответ на нагрузочные (стрессорные) воздействия могут наблюдаться разные реакции ритма сердца. При оптимальном регулировании - управление происходит с минимальным участием высших уровней управления, с минимальной централизацией управления. При неоптимальном управлении -необходима активация все более высоких уровней управления. Это проявляется усилением недыхательного компонента синусовой аритмии, появлением медленных волн все более высоких порядков. Чем более высокие уровни управления активируются, тем длиннее период соответствующих медленных волн сердечного ритма.
Управляющий, или центральный контур управления сердечным ритмом можно представить состоящим из трех уровней. Этим уровням соответствуют определенные анатомо-морфологические структуры системы управления физиологическими функциями организма:
- подкорковые нервные центры, обеспечивающие уравновешивание различных параметров внутри отдельных систем, внутрисистемный, в том числе вегетативный, гомеостаз (уровень В);
- высшие вегетативные центры, осуществляющие уравновешивание различных систем организма между собой, межсистемный гомеостаз, в том числе управление гипоталамо-гипофизарной системой, обеспечивающий гормонально-вегетативный гомеостаз (уровень Б);
- центральная нервная система, включая корковые механизмы регуляции, координирующая функциональную деятельность всех систем организма в соответствии с изменениями условий внешней среды, адаптационная деятельность организма (уровень А).
Периодические колебания частоты сердечных сокращений, не вызванные нарушением функции автоматизма, проводимости и возбудимости, получили название «синусовой аритмии», открытой в прошлом веке (Ludwig L, 1847). Единого мнения о происхождении дыхательной аритмии нет, хотя большинство исследователей считают неоспоримым фактом влияние дыхания на ритм сердца и активное участие в этом процессе ядер блуждающих нервов, торможение и возбуждение которых передается к синусовому узлу через соответствующие нервные окончания, вызывая укорочение продолжительности кардиоинтервалов на вдохе и удлинение на выдохе (Ludwig L., 1847; Фогельсон Л.И., 1951, Кингисепп Р., Эплер А., 1968). По мнению Б.Сайерса (1973) дыхание влияет на длительность кардиоциклов через интерплевральное давление . и активность барорецепторов. М. Клайнсом (1963) была разработана модель дыхательной регуляции частоты сердечных сокращений. Эта модель основывается на положениях теории автоматического регулирования и интерпретирует зависимость между дыханием и величиной «вагусного» торможения сердца с помощью передаточных функций, построенных по реальным кривым переходных процессов ритма сердца при вдохе и выдохе.
В работе (Sekiguchi С, Hauda Goton F., 1979) методом корреляции частоты дыхания с частотой сердцебиений убедительно показано, что дыхательная аритмия является выражением влияния фаз дыхания на ритм сердца. Такие же результаты получили (Ahmed A., Kerness J., 1982; Clynes М., 1960, Kitney R., McLonald A., Selman A., 1982). По данным (Luczak H., Laurig W.,1973; Romplelman S., 1980; Sayers В., 1979) модуляция R-R интервалов с частотой 0,1 Гц (периодом 10 с), по-видимому, обусловлена медленными изменениями артериального давления. Показаны колебания R-R, коррелирующие с волнами 3-го порядка артериального давления (Sekiguchi С, Hauda Goton F., 1979). В работах Matsumoto Н. (1962). М.А. Гелинской (1979) обнаружены медленные изменения активности стволовых структур мозга, которые могли бы вызвать медленные колебания сердечного ритма. Исследования с участием человека, находящегося в термостатированной камере при различных температурах в ней позволили предположить, что колебания R-R интервалов с периодом, большим, чем 10 с (частота 0,1 Гц), могут быть связаны с колебаниями температуры тела. Аналогичный вывод получен в результате модельных экспериментов (Sayers В., 1973).
Дыхание в условиях измененной газовой среды. (Влияние на организм гипоксии и гиперкапнии)
Сведения, связанные с теоретическими вопросами физиологии дыхания обобщены в монографиях Barcroft J., (1925), Haldane J.S., Priestley J.G., (1935), M.E. Маршака (1961), И.И. Голодова (1946), З.К. Сулимо-Самуйло (1971), Н.А. Агаджаняна с соавт. (1972, 1986, 2001). Дыхание является одной из наиболее древних форм связи организма с окружающей средой. С точки зрения физиологии человека и животных дыхание означает непрерывный циклический процесс газового обмена между организмом и атмосферным воздухом, в ходе которого происходит поочередная смена вдоха и выдоха. Регуляция дыхания, как правило, осуществляется непроизольно, без активного и неосознанного участия самого человека. Вероятно, весь ход эволюции животных определяется степенью эффективности использования 02 для дыхания посредством комплекса морфофункциональных преобразований. Как известно, дыхание у высших позвоночных животных в значительной степени определяется способностью гемоглобина связывать 02, что зависит от насыщения крови С02. Таким образом, С02 является основным регулятором дыхательной функции.
Мысль о том, что С02 наряду с 02 является основным элементом живой системы, обусловливающим течение жизненно важных процессов, принадлежит П.М. Альбицкому (1911) и была высказана им в то время, когда большинство физиологов считали С02 лишь конечным продуктом обмена веществ, подлежащих удалению из организма. Резервы 02 в организме зависят от РСь и кислородосвязующих свойств простетических групп специфических белков крови и тканей (Риклефс Р., 1979), а запасы ССь - от объема и буферной емкости некарбонатных буферов и РС02 в тканях. Запасы 02 и С02 в пересчете на 1 кг массы тела у человека составляют 0,025-0,030 и 1,7-1,8 л/кг соответственно. Основной резерв 02 находится в крови, а С02 в тканях. Можно допустить, что кислородная емкость крови в известной мере отражает концентрацию кислорода в целом организме.
Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение двуокиси углерода. В условиях покоя в организме за 1 минуту потребляется в среднем 250-300 мл 02 и выделяется 200-250 мл С02. При физической работе большой мощности потребление кислорода существенно возрастает и максимальное потребление кислорода (МПК) достигает у высоко тренированных людей около 6-7 л/мин.
Регуляция газообмена в легких непосредственно связана с альвеолярной вентиляцией. Объем альвеолярной вентиляции представляет собой часть дыхательного объема или часть минутного объема дыхания, принимающая прямое участие в газообмене с кровью. Эту жизненно важную функцию регулирует сеть многочисленных взаимосвязанных нейронов ЦНС, расположенных в нескольких отделах мозга и объединяемых в комплексное понятие «дыхательный центр». При воздействии на его структуры нервных и гуморальных стимулов происходит приспособление функции дыхания к меняющимся условиям внешней среды. Структуры, необходимые для возникновения дыхательного ритма, впервые были обнаружены в продолговатом мозге. Перерезка продолговатого мозга в области дна IV желудочка приводит к прекращению дыхания. Поэтому под главным дыхательным центром принимают совокупность нейронов специфических дыхательных ядер продолговатого мозга.
Дыхательный центр управляет двумя основными функциями:
1. двигательной функцией, которая проявляется в виде сокращения дыхательных мышц;
2. гомеостатической, связанной с поддержанием постоянства внутренней среды организма при сдвигах в ней содержания 02 и С02.
Двигательная, или моторная функция дыхательного центра заключается в генерации дыхательного ритма и его паттерна. Благодаря этой функции осуществляется интеграция дыхания с другими функциями. Под паттерном дыхания следует иметь в виду длительность вдоха и выдоха, величину дыхательного объема, минутного объема дыхания. Гомеостатическая функция дыхательных газов и крови и внеклеточной жидкости мозга, адаптирует дыхательную функцию к условиям изменения газовой среды и другим факторам среды обитания.
В передних рогах спинного мозга на уровне СЗ-С5 располагаются мотонейроны, образующие диафрагмальный нерв. Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы находятся в передних рогах на уровне Т2-Т10 (Т2-Т6 - мотонейроны инспираторных мышц, Т8-Т10 экспираторных). Установлено, что одни мотонейроны регулируют преимущественно дыхательную, а другие - преимущественно позно-тоническую активность межреберных мышц.
Нейроны бульбарного дыхательного центра располагаются на дне IV желудочка в медиальной части ретикулярной формации мозга и образуют дорсальную и вентральную дыхательные группы. Между группами нейронов, управляющими вдохом и выдохом, существуют реципрокные отношения. Возбуждение эксираторного центра сопровождается торможнением в инспираторном центре и наоборот. Современные исследования показали, что в продолговатом мозге нет четкого деления на инспираторные и экспираторные отделы, а есть скопление дыхательных нейронов с определенной функцией.
Дыхательные нейроны продолговатого мозга и варолиева моста связаны между собой восходящими и нисходящими нервными путями и функционируют согласованно. Получив импульсы от инспираторного центра продолговатого мозга, пневмотаксический центр посылает их к эспираторному центру продолговатого мозга, возбуждая последний. Инспираторные нейроны при этом тормозятся.
Гипоталамические ядра координируют связь дыхания с кровообращением. Определенные зоны коры больших полушарий осуществляют произвольную регуляцию дыхания в соответствии с особенностями влияния на организм факторов внешней среды и связанными с этим гомеостатическими сдвигами.
Нейроны дыхательного центра имеют связи с многочисленными механорецепторами дыхательных путей и альвеол легких и рецепторов сосудистых рефлексогенных зон. Благодаря этим связям осуществляется весьма многообразная, сложная и биологически важная рефлекторная регуляция дыхания и ее координацию с другими функциями организма. Рассмотрим более подробно афферентное, центральное и эфферентное звенья рефлекторной регуляции дыхания.
Афферентное звено включает механорецепторы и хеморецеиторы. Различают несколько типов механорецепторов: медленно адаптирующиеся рецепторы растяжения легких, ирритантные быстро адаптирующиеся механорецепторы и J-рецепторы «юкстакапиллярные» рецепторы легких. Медленно адаптирующиеся рецепторы растяжения легких расположены в гладких мышцах трахеи и бронхов. Эти рецепторы возбуждаются при вдохе, импульы от них по афферентным волокнам блуждающего нерва поступают в дыхательный центр. Под их влиянием тормозится активность инспираторных нейронов продолговатого мозга. Вдох прекращается, начинается выдох, при котором рецепторы растяжения не активны. Рефлекс торможения вдоха при растяжении легких называется рефлексом Геринга-Брейера. Этот рефлекс контролирует глубину и частоту дыхания. Он является примером регуляции по принципу обратной связи. После перерезки блуждающих нервов дыхание становится редким и глубоким.
Ирритантные, быстро адаптирующиеся механорецепторы, локализованные в слизистой оболочке трахеи и бронхов, возбуждаются при резких изменениях объема легких, при растяжении или спадении легких, при действии на слизистую трахеи и бронхов механических или химических раздражителей. Результатом раздражения ирритантных рецепторов является частое, поверхностное дыхание, кашлевой рефлекс, или рефлекс броноконстрикции. J-рецепторы находятся в интерстиции альвеол и дыхательных бронхов вблизи от капилляров. Импульсы от J-рецепторов при повышении объема интерстициальной жидкости в легких (отек легких), или эмболии мелких легочных сосудов, а также при действии биологически активных веществ (никотин, простагландины, гистамин) по медленным волокнам блуждающего нерва поступают в дыхательный центр - дыхание становится частым и поверхностным (одышка).
Важную роль в регуляции дыхания играют рефлексы с проприорецепторов дыхательных мышц. От мышечных веретен и сухожильных рецепторов Гольджи, расположенных в межреберных мышцах и мышцах живота, импульсы поступают в соответствующие сегменты спинного мозга, затем в продолговатый мозг, центры головного мозга, контролирующие состояние скелетных мышц. В результате происходит регуляция силы сокращений в зависимости от исходной длины мышц и оказываемого им сопротивления дыхательной системы.
Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется также периферическими и центральными хеморецепторами. Артериальные хеморецепторы находятся в каротидных синусах и дуге аорты. Они расположены в специальных тельцах, обильно снабжаемых артериальной кровью. Аортальные хеморецепторы на дыхание влияют слабо, и большее значение имеют для регуляции кровообращения. Центральные хеморецепторы расположены в продолговатом мозге. Они оказывают сильное влияние на деятельность дыхательного центра, существенно изменяют вентиляцию легких. Центральные хеморецепторы реагируют на изменение напряжения СО2 в артериальной крови позже, чем периферические хеморецепторы, так как для диффузии СОг в спиномозговую жидкость и далее в ткань мозга необходимо больше времени. Гиперкапния и ацидоз стимулируют, а гипокапния и алкалоз - тормозят центральные хеморецепторы.
Исследования в условиях покоя
В таблице 7 представлены средние значения частоты пульса, частоты дыхания и некоторых показателей вариабельности сердечного ритма у 4-х испытателей после 2-х и после 8-й месяцев пребывания в изоляции. Поскольку наблюдаемые изменения носят четко выраженный индивидуальный характер, мы рассмотрим в отдельности реакцию каждого из испытателей.
Испытатель А отличается тем, что после 2-х месяцев пребывания в камере у него был отмечен четкий сдвиг вегетативного баланса в сторону усиления тонуса парасимпатического отдела, что сопровождалось достоверным уменьшением частоты пульса и дыхания, ростом СКО и мощности HF, снижением SI. Однако отсутствие значимых различий между вечерними и утренними величинами показателей указывает на снижение функциональных резервов регуляции. В конце эксперимента урежение пульса сохранилось на фоне роста вечерне-утренних различий всех показателей, что можно считать признаком увеличения резервных возможностей.
У испытателя В после 2-х месячной изоляции наблюдалось некоторое напряжение регуляторных систем с учащением пульса, увеличением SI, снижением СКО и HF% в вечернее время. Сравнение этих данных с утренними их значениями указывает на сохранение хорошего функционального резерва. После 8-ми месячной изоляции еще сохранялись признаки напряжения регуляторных систем, но при более низком функциональном резерве.
Испытатель С после 2-х месяцев изоляции характеризуется отсутствием существенных отличий от исходного состояния. После 8-ми месяцев пребывания в условиях изоляции у этого испытателя в вечерние часы наблюдались явления функционального напряжения, которые нормализовались к утру.
У испытателя D отсутствовали исходные записи. Однако, после 2-х месяцев изоляции и, особенно, после 8-й месяцев и в вечерние часы отмечены существенно высокие значения SI, сниженные СКО и наличие тахикардии до 94 уд/мин. Это указывает на явления выраженного функционального напряжения.
Таким образом, хотя реакции испытателей характеризуются выраженной индивидуальностью, общим для них было наличие функционального напряжения в первые, и последние месяцы изоляции. Только у испытателя В отмечался сдвиг вегетативного баланса в сторону усиления парасимпатического тонуса. Функциональные резервы регуляторных механизмов к концу эксперимента не снижались, а имели тенденцию к росту.
Для оценки изменений со стороны отдельных звеньев регуляторного механизма могут быть использованы данные спектрального анализа ВСР. В таблице 8 приведены значения показателей абсолютной мощности спектров в диапазонах HF, LF,VLF и значения 1С, в фоновом периоде, на 2-й месяц и 8-й месяц изоляции. Как видно из этих данных у испытателя А на 2-м месяце эксперимента наблюдалась утренняя активация вазомоторного центра (выраженный рост мощности спектра в диапазоне LF) с ростом индекса централизации. На 8-м месяце у него отмечался утренний рост абсолютной мощности спектра в VLF диапазоне, что указывает на активацию уровня регуляции энерго-метаболических процессов. Таким образом, можно считать, что у испытателя А к концу эксперимента в процесс адаптации включаются более высокие уровни регуляции, что обеспечивает достаточный функциональный резерв
У испытателя В снижение функциональных резервов к концу ксперимента сопровождалось уменьшением абсолютной мощности LF и LF. при сохранении достаточно высокого уровня HF.
Испытатель С в фоновом периоде отличался высокими значениями абсолютной мощности спектра во всех диапазонах частот, которые сохранились на 2-м месяце эксперимента, но значительно снизились в вечерние часы на 8-м месяце. Это указывает на развитие явлений напряжения. Однако, в утренние часы отмечалось восстановление высоких значений спектральной мощности, что свидетельствует о достаточных функциональных резервах регуляторного механизма.
Испытатель D по сравнению с остальными испытателями характеризуется относительно низкими абсолютными значениями спектральной мощности ВСР. Возможно, это является его индивидуальной особенностью, но вполне вероятно, что это признак включения в процесс адаптации более высоких уровней регуляции. На 2-м и на 8-м месяцах эксперимента у него наблюдался адекватный утренний рост значений спектральной мощности во всех диапазонах частот, что указывает на сохранение достаточных функциональных резервов., однако высокий индекс централизации в вечерние часы свидетельствует о наличии выраженного функционального напряжения.
Реакция напряжения регуляторных систем может сопровождаться увеличением относительной мощности LF, либо VLF. В первом случае это связано с ростом сосудистого тонуса и, обычно, с подъемом артериального давления. Чаще всего причиной такой реакции является длительный стресс или утомление. Лучше всего такая реакция распознается по росту индекса централизации. Подобные реакции в вечернее время наблюдались на 2-м месяце эксперимента у испытателя С и на 8-м месяце эксперимента у испытателя D.
При увеличении относительной мощности VLF речь может идти о психо-эмоциональном стрессе, связанном с возбуждением коры головного мозга с соответствующей активацией энергетических и метаболических процессов. Примером такой реакции служат утренние фоновые данные испытателя С, который перед началом эксперимента находился в состоянии выраженного функционального напряжения. В вечернее время его индекс централизации был очень высоким и достигал значения 19,2. Однако усиление энерго-метаболических процессов может быть обусловлено и мобилизацией функциональных резервов в ходе реадаптации при воздействии восстановительных процедур, во время ночного сна или во время отдыха. Такие реакции получили название гиперадаптивных и связаны с активным восстановлением израсходованных функциональных резервов, если их запас достаточен и регуляторные механизмы не истощены. Подобные гиперадаптивные реакции отмечаются у испытателей А и С после 8-й месячной изоляции и у испытателя С в фоновом периоде.
В заключение данного раздела на рис. 15 представлены колебания разностных значений частоты пульса, индекса напряжения регуляторных систем и мощности спектра LF. Эти данные получены в условиях покоя в вечерние и утренние часы. Разностные значения показателей отражают характер и выраженность восстановительных процессов, которые являются важным компонентом ночного отдыха. Как видно из рисунка при анализе разностных значений показателей (вечер-утро) по данным эксперимента "Пульс" выявляются четкие 2-4-х месячные колебания. Это означает, что при длительном наблюдении адаптационные возможности организма, судя по процессам восстановления функциональных резервов, претерпевают закономерные колебания. Видно, что у каждого испытателя имеется свой индивидуальный рисунок колебаний. При этом колебания различных показателей не синхронизированы. На основании анализа особенностей наблюдаемых колебаний мы попытались оценить индивидуальные особенности работы механизмов регуляции кровообращения.
У испытателя А, судя по разностным значениям индекса напряжения, адаптационные возможности организма в течение всего эксперимента были снижены. Наблюдались компенсаторные реакции с периодами в 4-5 месяцев со стороны частоты пульса и механизмов регуляции сосудистого тонуса (LF). При этом изменения сосудистого тонуса были вторичными по отношению к частоте пульса.
Исследование членов экипажей Международной космической станции
Одной из важных задач настоящей работы была разработка оценочных критериев по результатам тестов с ФТД и МЗД применительно к бортовому эксперименту «Пульс», который проводится на МКС. Следует отметить, что сама по себе постановка настоящего исследования исходила из потребностей космической медицины апробировать в земных условиях новые методы, планируемые к использованию в космосе. В данном случае речь идет о том, что полученные во всех вышеизложенных сериях исследований материалы представляют определенный интерес для космической медицины, поскольку в них используется методика и схема бортового эксперимента «Пульс».
Эксперимент «Пульс» готовился уже давно и его схема, а также макет бортовой аппаратуры испытывались в эксперименте с длительной изоляцией (Баевский P.M., Берсенев Е.Ю., Никулина Г.А. и др., 2001). Начиная с февраля 2002 года, проводятся регулярные предполетные обследования членов экипажей МКС с использованием реального тренировочного образца аппаратуры «Пульс». В настоящее время обследованы экипажи 3-х экспедиций (5-й, 6-й и 7-й). Предполетные обследования по программе проводятся за 60 и 30 суток до полета. Экипаж 5-й экспедиции уже с апреля 2002 г находится на борту МКС, но первый полетный эксперимент «Пульс» должен состояться только 19 октября, что обусловлено тем, что аппаратура была доставлена на борт транспортным кораблем только в сентябре месяце.
В таблице 22 представлены средние значения показателей ВСР в покое и при тестах с фиксированным темпом дыхания, проведенные в предполетном периоде у 5 космонавтов - членов экипажей МКС.
При сравнении этих материалов с данными, полученными при обследовании молодых здоровых людей, испытателей-добровольцев и альпинистов может быть сделано заключение о том, что в предполетном периоде для космонавтов характерно умеренное напряжение регуляторных систем при достаточно высоких резервах регуляции кардиореспираторной системы.
В таблицах 22.1 и 22.2 представлены результаты теста с МЗД. Здесь даны как индивидуальные так и среднегрупповые данные. Из таблицы можно видеть, что имеются значительные индивидуальные различия. Время задержки дыхания на вдохе колеблется от 98 до 47 секунд, на выдохе - от 35 до 19 секунд. Все эти значения, кроме 19 и 21 секунд на выдохе можно отнести к числу нормальных, однако при длительности задержки в 19 секунд ЧСС была 68 уд/мин., а значение CV - 6,8%, что указывает на достаточно эффективную работу регуляторного механизма. Среднегрупповые значения показателей при тестах с МЗД находятся в пределах нормальных вариаций.
Представленные выше результаты предполетных исследований при сопоставлении с материалами вышеизложенных серий исследований контрольной группы молодых здоровых людей, испытателей в эксперименте с длительной изоляцией и альпинистов в процессе высокогорного восхождения позволяют сделать заключение о том, что функциональное состояние космонавтов находится в пределах физиологической нормы. В качестве критериев отклонения от нормы при проведении тестов с ФТД и МЗД могут быть рекомендованы:
- уменьшение степени прироста значений pNN50 и мощности спектра высокочастотных колебаний сердечного ритма при тесте ФТД-5; что позволит выявить снижение функциональных резервов парасимпатического звена регуляции;
- уменьшение степени прироста значений мощности спектра колебаний сердечного ритма в низкочастотном диапазоне спектра ВСР, а также в соседних (высокочастотном и очень низкочастотном диапазонах), при тесте ФТД-10, что позволит выявить снижение функциональных резервов симпатического звена регуляции и в частности системы регуляции сосудистого тонуса;
- уменьшение времени задержки дыхания и степени прироста значений показателей RMSSD и CV при тестах с максимальной задержкой дыхания, что позволит выявить снижение общего функционального резерва кардиореспираторной системы.
Материалы проведенных предполетных исследований и рассмотренные выше оценочные критерии могут быть рекомендованы к использованию в системе медицинского контроля состояния космонавтов во время полета.
