ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 5, с. 85-91
УДК 616.12
ПРЕРЫВИСТАЯ НОРМОБАРИЧЕСКАЯ ГИПОКСИЯ КАК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НЕЗАВЕРШЕННОЙ АДАПТАЦИИ
© 2004 г. В. П. Леутин, Я. Г. Платонов, Г. М. Диверт, С. Г. Кривощеков
Государственное учреждение - НИИ физиологии СО РАМН, Новосибирск Поступила в редакцию 28.01.2003 г.
С помощью программы МБН "Нейрокартограф" рассчитывались корреляционные связи между показателями ЭЭГ, внешнего дыхания и газообмена, которые регистрировались в исходном состоянии, а затем после 10 и 20 сеансов прерывистой нормобарической гипоксии (ПНГ) и после ее отмены. Было показано, что по мере проведения сеансов ПНГ в процессы регуляции газообмена все более вовлекаются структуры мозга в восходящем направлении. Экспериментальная ситуация, характеризующаяся кратковременными экстремальными воздействиями с последующим возвращением в привычные условия, порождает состояние незавершенной адаптации. Прекращение сеансов ПНГ даже через 20 дней не приводит нейродинамику к исходному состоянию.
В последние годы наше внимание привлечено к проблеме незавершенной адаптации [1, 2]. Впервые представления о компромиссных формах адаптивных реакций к комплексу внешнес-редовых факторов в случае противоречивых физиологических требований были высказаны В.И. Медведевым [3-5]. Эти представления, в дальнейшем, послужили толчком для развития концепции "незавершенной адаптации". Состояние незавершенной адаптации формируется при попадании организма в особую информационную среду, например, при кратковременном действии фактора, к которому невозможно адаптироваться, и последующем возвращении в привычные условия. Можно предполагать, что в силу ограничения времени экспозиции, а также экстремальности фактора, невзирая на периодическое повторение сочетаний, полноценная адаптация не возникает. До настоящего времени психофизиологические механизмы незавершенной адаптации недостаточно изучены. Одним из существенных препятствий для успешного продвижения в этом направлении является отсутствие удобной экспериментальной модели незавершенной адаптации, которая позволяла бы анализировать ее закономерности в лабораторных условиях, используя широкий арсенал электрофизиологической и компьютерной техники. Кратковременные экстремальные гипоксические воздействия с последующим возвращением в условия нормобарии и нормооксии осуществляют, по сути, процедуру прерывистой нормобарической гипоксии (ПНГ) [6, 7]. Этой процедурой мы воспользовались для моделирования незавершенности адаптационного процесса.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 5 практически здоровых мужчин в возрасте 17-28 лет. Ги-поксическое воздействие осуществляли прерывисто: 5-минутное вдыхание газовой смеси, содержащей 10% кислорода и 90% азота, прерывалось 3-минутными интервалами. Таких циклов в течение сеанса было шесть. Газовую смесь испытуемые вдыхали через маску при нормальном барометрическом давлении. В процессе сеанса ПНГ непрерывно контролировали насыщение артериальной крови кислородом и частоту сердечных сокращений с помощью пульсоксиметра модели "PALCO-305" (США). Весь курс ПНГ состоял из 20 ежедневных (кроме выходных) процедур.
Регистрацию ЭЭГ, а также измерение параметров газообмена и легочной вентиляции осуществляли до сеанса ПНГ, после 10 сеансов ПНГ на следующий день, и после 20 сеансов ПНГ, тоже через сутки. Спустя 10 и 20 дней после ПНГ проводились повторные регистрации. Оценку показателей вентиляторной чувствительности к CO2 и O2 проводили на компьютеризированном газоанализаторном комплексе "Эрих Эгер" с помощью гиперкапнического (по методу Рида [8]) и ги-поксического (по методу Вейла [9]) тестов. При гиперкапническом тестировании измеряли гипер-капнический вентиляторный ответ HCVR (hyper-capnic ventilatory response - прирост вентиляторной реакции (VE, л/мин)) по отношению к приросту CO2 в конечной порции выдыхаемого воздуха ((л/мин)/мм рт. ст.) и порог включения вентиляторной реакции на CO2 (VT CO2, мм рт. ст., ventil-atori threshold). При гипоксическом тестировании измеряли HVR (hypoxic ventilatory response, то есть прирост легочной вентиляции - VE, л/мин), по от-
%
99 97 95 93 91 89 87 85 83 81 79 77 75 73 71
1
3
5 6 7 8 9 10
уд./мин 90
85 80 75 70 65 60 55 50
Рис. 1. Изменение значений сатурации и сердечного ритма во время вдыхания газовой смеси (10% кислорода, 90% азота) в течение 5 мин и при последующем 3-минутном дыхании воздухом.
По оси абсцисс - время в минутах, по оси ординат слева - уровень сатурации в %, справа - частота сердечных сокращений в уд./мин. а - 5а02, %; б - частота сердечных сокращений, уд./мин.
ношению к дефициту оксигенации артериальной крови (SaO2, %), (л/мин, %) и вентиляторный порог включения вентиляции на снижение SaO2 (VT SaO2, %).
С помощью программы МБН "Нейрокарто-граф" вычислялись значимые изменения когерентности ЭЭГ после серии сеансов ПНГ. Рассчитывались множественные корреляционные связи между данными спектра мощности ЭЭГ в фоне и после ПНГ, значимыми изменениями уровня когерентности под действием гипоксии, а также показателями внешнего дыхания и газообмена. Данные ЭЭГ, легочной вентиляции и параметров газообмена обрабатывались при помощи программы "Статистика" фирмы Stat Sof, версия 5.5. Проводился парный корреляционный анализ этих показателей в каждый экспериментальный день по всей группе испытуемых, вычислялись средние значения, оценивались достоверности их отличий от исходных данных по критериям Стью-дента и Вилкоксона.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Вдыхание газовой смеси со сниженным наполовину содержанием кислорода влечет за собой у большинства испытуемых достаточно быстрое падение оксигенации артериальной крови (до 7580%). В высокогорных условиях такое снижение
оксигенации выявляется на высотах 5000-5500 м над уровнем моря. Поскольку не известны поселения постоянно проживающих в горах людей, расположенные выше 3500-4000 м, можно полагать, что полноценная долговременная адаптация к гипоксии такой выраженности невозможна [10]. Снятие маски приводит к скачкообразному нарастанию оксигенации и изменению сердечного ритма (рис. 1). Многократное повторение сеансов ПНГ приводит к стойкому изменению структуры корреляционных связей между показателями газообмена и данными спектра мощности ЭЭГ.
В исходном состоянии структура корреляционных связей показывает большую вовлеченность левого полушария мозга в процессы центральной регуляции дыхания. Р-диапазон ЭЭГ представлен симметричными связями с показателями гипер-капнического вентиляторного порога, концентрацией С02 в конечной порции выдыхаемого воздуха и объемом потребляемого кислорода. а-ак-тивность ЭЭГ левого полушария положительно связана с гиперкапнической вентиляторной чувствительностью дыхательного центра и коэффициентом использования кислорода, а отрицательно -с показателями гипоксического вентиляторного порога. 6-активность отрицательно коррелирует с минутным объемом дыхания и скоростью выделения С02. Положительная корреляция активности а-диапазона ЭЭГ с коэффициентом использования кислорода выявляется и в правом полушарии (рис. 2, А).
После 10 сеансов ПНГ в целом резко уменьшается количество значимых связей Р-, а- и 6-актив-ности ЭЭГ с показателями регуляции дыхания. Сохраняются лишь положительная корреляция Р-активности с показателями гипоксической чувствительности дыхательного центра, величиной порога на гипоксический стимул и отрицательная корреляция с объемом выдыхаемого С02 (рис. 2, Б).
После 20 сеансов ПНГ кроме положительной корреляции Р-активности правого полушария с концентрацией С02 в конечной порции выдыхаемого воздуха выявлены положительная корреляция а-активности ЭЭГ обоих полушарий с концентрацией С02 в выдыхаемом воздухе и отрицательная - 6-активности каждого полушария с показателями частоты дыхания (рис. 2, В).
Прекращение регулярно проводимых сеансов ПНГ не приводит к восстановлению исходной структуры корреляционных связей показателей ЭЭг и газообмена даже через 20 дней (рис. 2, Д).
Судя по трансформации топографии когерентности ритмов ЭЭГ, в центральную регуляцию процесса газообмена по мере продолжения сеансов ПНГ все более широко вовлекаются структуры мозга в восходящем направлении. После 10 сеансов ПНГ выявлено значимое нарастание внут-риполушарной когерентности в Р-диапазоне
Г
а 0
ЛП
ИСУК УГС02 ИУК УТ&02 УЕ УТ БЕ
Ре(С02
5а02
У02
УС02
Е02
ЕС02
ке
а
0
ПП
Д
а
0
ЛП
ИСУК УТС02
ИУК ?
т<Ю2 '
2
Л УЕ УТ БЕ
РйС02' ' 5а02 I У02 УС02 Е02 ЕС02 КО
а
0
ПП
в
в
в
в
Рис. 2. Структура корреляционных связей между показателями газообмена и ЭЭГ-активностью различных частотных диапазонов при длительной прерывистой нормобарической гипоксии (20 дней ПНГ и 20 дней - восстановительный период). А - фон, Б - после 10 сеансов ПНГ, В - после 20 сеансов ПНГ, Г - через 10 дней после прекращения ПНГ, Д -через 20 дней после ПНГ. ЛП - левое полушарие, ПП - правое полушарие.
HCVR, (л/мин)/мм рт. ст. - гиперкапническая вентиляторная реакция; ^ С02, мм рт. ст. - гиперкапнический вентиляторный порог; HVR, (л/мин)/% Sa02 - гипоксическая вентиляторная реакция; ^ Sa02, % - гипоксический вентиляторный порог; VE, л/мин - объем легочной вентиляции; л - объем одного вдоха; BF, п/мин - частота дыханий; PetC02, мм рт. ст. - парциальное давление С02 в конечной порции выдыхаемого воздуха; 8а02, % - сатурация кислорода в крови; ТО2, (мл/мин)/кг - общее потребление кислорода; ^02, мл/мин - объем выделенного С02; F02, % - коэффициент использования кислорода; RQ, усл. ед. - дыхательный коэффициент.
Сплошные линии - статистически значимые ^ < 0.05) положительные корреляционные связи, штриховые линии -значимые отрицательные корреляционные связи.
между левой окципитальной областью и височной зоной и межполушарной когерентности этой же области с лобными, теменными, височными и затылочными зонами правого полушария (рис. 3, Б). Такая топография изменений уровня когерентности свидетельствует о формировании так называемого "центра тяжести" или главного узла переработки информации [11, 12]. После 20 сеансов ПНГ главный узел переработки инфо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.