научная статья по теме ПРЕРЫВИСТАЯ НОРМОБАРИЧЕСКАЯ ГИПОКСИЯ КАК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НЕЗАВЕРШЕННОЙ АДАПТАЦИИ Биология

Текст научной статьи на тему «ПРЕРЫВИСТАЯ НОРМОБАРИЧЕСКАЯ ГИПОКСИЯ КАК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НЕЗАВЕРШЕННОЙ АДАПТАЦИИ»

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.

Показать целиком