Введение к работе
Актуальность проблемы
При освоении высокогорья, при высотных авиационных и космических полетах человек столкнулся с проблемой выживания в условиях пониженного содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Кислородная недостаточность лежит и в основе развития многих патологических состояний, например, нарастающее гипоксическое воздействие на миокард характерно для развития ишемической болезни сердца. Гипоксия - сильное стрессовое воздействие на организм, ставящее под угрозу само его существование и вызывающее компенсаторные реакции на всех уровнях и во всех системах организма и, в первую очередь, - реакции, направленные на сохранение самого важного и самого чувствительного к недостатку кислорода органа - головного мозга. Для решения «первостепенной задачи» - «защиты от гипоксии и ее последствий» [Покровский, 2004], требуется более полное знание механизмов реакции организма на это воздействие. Важную роль, как в процессах краткосрочной компенсации, так и при адаптации к продолжительному воздействию гипоксии играет сердечно-сосудистая система (ССС). Ведущее значение в ее регуляции и в приспособлении функций ССС к гипоксическим условиям принадлежит вегетативной (автономной) нервной системе (ВНС) [Ноздрачев, 1991; Barak et al., 2001]. Поэтому исследование особенностей функционирования этих систем и механизмов их взаимодействия в условиях гипоксии представляет собой исключительный теоретический интерес и имеет первостепенное значение для практической медицины.
Согласно современным представлениям, ключевую роль в развитии связанных с гипоксией заболеваний играют клеточные биоэнергетические механизмы (митохон-дриальная дисфункция) [Лукьянова, 2004]. В то же время обеспечение индивидуальной резистентности и включение срочных компенсаторных механизмов при адаптации к гипоксии в значительной степени зависят от функционирования центральных механизмов регуляции, вносящих необходимую коррекцию в деятельность отдельных эффекторных систем организма [Сороко, 2004]. В частности, такая регуляция со стороны ВНС обеспечивает адекватное воздействию гипоксии кровообращение путем регуляции частоты сердечных сокращений (ЧСС) и величины пульсового давления крови [Parati et al., 1995; Cornolo et al., 2004]. Одним из важных механизмов адаптации организма к кислородной недостаточности является увеличение интенсивности
мозгового кровотока [Kety, Schmidt, 1948; Cohn et al., 1974; Бурых и др., 2002], направленное на компенсацию падения уровня насыщения гемоглобина кислородом.
В настоящее время одним из основных методов изучения механизмов контроля ССС со стороны ВНС является анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) с помощью электрокардиографии (ЭКГ) [Task Force..., 1996; Рябыкина и др., 2001; Баевский и др. 2002]. Об актуальности таких исследований свидетельствует быстрый рост числа отечественных и зарубежных публикаций, посвященных этой проблеме. В то же время стала очевидной необходимость разработки усовершенствованных пульсометрических систем кардиоскрининга, обеспечивающих одновременный анализ не только сердечного ритма, но и динамики пульсового прироста артериального давления (АД) крови. Именно такой сочетанный анализ двух основных характеристик пульса открывает перспективу более полного выявления роли и механизмов вегетативной регуляции системы кровообращения. Амплитудно-временной анализ динамики пульсового АД делает возможным раннее донозологическое обнаружение функциональных изменений, происходящих в миокарде и кровеносных сосудах при воздействии на организм неблагоприятных факторов, в том числе гипоксической (дыхательной) гипоксии, а эти изменения могут предшествовать нарушениям, выявляемым с помощью ЭКГ. При изучении реакций организма на кислородную недостаточность была экспериментально установлена адекватность модели острой дыхательной гипоксии для выявления механизмов компенсации и адаптации организма человека к этому воздействию [Малкин, Гиппенрейтер, 1977; Сороко, Димаров, 1994]. Учитывая изложенное, перед нами была поставлена задача исследовать особенности мозгового кровообращения, а также использовать возможности пульсометрического метода регистрации и анализа параметров вегетативной регуляции сердечного ритма при развитии острой гипоксии, возникающей под воздействием гипоксических газовых смесей с 8-процентным содержанием кислорода в азоте.
Цель и задачи исследования
Основной целью работы являлось изучение влияния острой нормобарической гипоксической гипоксии на мозговое кровообращение и характер вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы человека. На пути достижения цели ставилось несколько задач:
Исследовать влияние острой нормобарической гипоксии на показатели мозгового кровообращения - объемную скорость кровотока, тонус внутримозговых артерий и вен, периферическое сопротивление.
Изучить влияние острой гипоксии на показатели центральной гемодинамики и дыхания.
Исследовать влияние острой гипоксии на спектральные характеристики вариабельности сердечного ритма и пульсового давления с помощью современных методов математического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Развитие гипоксического состояния при дыхании гипоксическими газовыми смесями с 8-процентным содержанием кислорода в азоте сопровождается постепенным увеличением объемной скорости мозгового кровотока, в основе которого лежит дилатация артериальных и венозных сосудов. Кровоток в вер-тебробазиллярном бассейне, обеспечивающем такие жизненно важные структуры головного мозга как ствол мозга, средний и промежуточный мозг, реаги-
рует на гипоксию быстрее, чем кровоток в бассейне внутренней сонной артерии.
Незначительное увеличение минутного объема крови и уменьшение ударного объема крови при острой гипоксии продолжительностью 15 минут свидетельствует о том, что увеличение интенсивности мозгового кровотока происходит преимущественно за счет перераспределения (централизации) общего кровотока.
Уменьшение вариабельности сердечного ритма у большинства испытуемых при выраженной гипоксии свидетельствует о постепенном уменьшении центральных регулирующих влияний и повышении роли внутрисердечных механизмов регуляции сердечной деятельности.
Компенсаторно-приспособительные реакции организма на гипоксическое воздействие особенно эффективны в случае усиления не только симпатического, но и парасимпатического влияния на сердце.
Научная новизна
Впервые подробно описаны изменения мозгового кровотока в различных сосудистых бассейнах правого и левого полушарий, межполушарные отличия, оценены тонус и сопротивление внутримозговых сосудов при воздействии на человека гипоксических газовых смесей с 8-процентным содержанием кислорода в азоте. Показано, что наиболее быстро реагирует сосудистая сеть вертебробазиллярного бассейна. Установлено, что одной из причин низкой устойчивости человека к гипоксии может быть нарушение вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы.
Впервые для оценки влияния острой нормобарической дыхательной гипоксии на сердечно-сосудистую систему человека применен компьютерный вариант неин-вазивного метода дифференциальной сфигмографии, позволивший непрерывно в течение всего исследования регистрировать кривую артериального пульса и анализировать широкий спектр амплитудно-временных параметров, характеризующих сердечный ритм, кардиогемодинамику и тонус стенок сосудов артериального русла. Для этого создан аппаратно-программный комплекс и разработан алгоритм спектрального анализа вариабельности сердечного ритма и гемодинамических показателей с использованием как преобразования Фурье, так и вейвлет-преобразования.
Впервые по характеру влияния частоты дыхания на показатели вариабельности сердечного ритма оценена роль кардиореспираторного взаимодействия в обеспечении адекватного воздействию гипоксии баланса регулирующих влияний со стороны симпатического и парасимпатического звеньев вегетативной нервной системы. На основании полученных результатов сделаны выводы, рекомендующие учитывать дыхательный ритм при физиологической интерпретации и оценке ВСР.
Теоретическая и практическая значимость
Полученные данные о внутримозговом перераспределении кровотока, роли симпатического и парасимпатического звеньев в регуляции ССС, выявление индивидуальных типов компенсаторных реакций на разных стадиях развития острой гипоксии у человека имеют важное теоретическое значение для понимания физиологических механизмов, лежащих в основе индивидуальной чувствительности и устойчивости человека к гипоксии и могут быть использованы на практике при совершенствовании медико-физиологического отбора лиц для работы в условиях гипоксии (летчики, космонавты, подводники, альпинисты и др.), а также для повышения точ-
ности клинического мониторинга больных с угрозой развития гипоксических состояний (травмы, сердечно-сосудистая патология, нарушения дыхания и т.п.)
Апробация работы
Основные положения работы доложены на XXVI Международном конгрессе по электрокардиологии (Сыктывкар. 1999), на Международной конференции "Механизмы функционирования висцеральных систем" (Санкт-Петербург. 1999), на Российских конференциях молодых ученых (Санкт-Петербург. 2000, 2002), на Российских конференциях с международным участием «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям» и «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва. 2003, 2004), на Международном симпозиуме по сравнительной электрокардиологии (Сыктывкар. 2004), на Международном симпозиуме по «Биологической подвижности» (Пущино. 2004), на II симпозиуме с международным участием «Проблемы адаптации человека к экологическим и социальным условиям севера» (Сыктывкар. 2004), были представлены на XIX Съезде физиологического общества России (Екатеринбург. 2004).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 8 тезисов докладов на Российских и международных конференциях и 3 научные статьи в рецензируемых российских журналах.
Структура и объем диссертации
