ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 3, с. 88-94
УДК 612.2+61222/23+612.017.11
РЕГУЛЯЦИЯ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ И ГАЗООБМЕН ОРГАНИЗМА ПРИ 20-ДНЕВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ СЕАНСАМИ ПРЕРЫВИСТОЙ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ
© 2004 г. С. Г. Кривощеков, Г. М. Диверт, В. Э. Диверт
Государственное учреждение Научно-исследовательский институт физиологии СО РАМН, Новосибирск
Поступила в редакцию 11.04.2003 г.
Исследовано влияние 20-дневного курса прерывистой нормобарической гипоксии (ПНГ) на газообмен и показатели регуляции дыхания у здоровых испытуемых-добровольцев. Установлено фазное изменение потребления кислорода в гомеостазе покоя: снижение к 10-му и повышение к 20-му дню ПНГ при параллельном росте эффективности легочной вентиляции. В гиперкапническом тесте пороги включения вентиляторной реакции снижаются, а вентиляторная чувствительность повышается, что наиболее выражено в течение первых 10 дней тренировки ПНГ и частично сохраняется в восстановительном периоде. Полученные данные позволяют полагать, что в первой фазе тренировки (до 10-го дня) развивается компенсаторный процесс активации легочной вентиляции за счет повышения периферической и центральной хемочувствительности к С02-стимулу. Во второй фазе при более слабых дополнительных изменениях в показателях регуляции внешнего дыхания развивается адаптивный процесс восстановления уровня газообмена за счет повышения эффективности использования кислорода на клеточном и тканевом уровнях.
В ряде исследований показана активация функций жизненно важных звеньев кислород-транспортной системы при гипоксическом воздействии, что нашло практическое применение для повышения неспецифической резистентности организма [1-3]. Сеансы прерывистой нормобарической гипоксии (ПНГ) успешно применяются при спортивных тренировках, профилактике различных заболеваний и с лечебной целью. Однако физиологические механизмы воздействия ПНГ на систему дыхания остаются недостаточно изученными. В наших предыдущих исследованиях было показано, что после воздействия 1, 5 и 10-дневных сеансов ПНГ наблюдается компенсаторная перестройка системы регуляции дыхания, стимулированная как гипоксией, так и постгипок-сическим накоплением С02 в легких и крови в гомеостазе покоя [3, 4]. При этом отмечалось изменение порогов наступления вентиляторной реакции и ее чувствительности к С02- и 02-стимулам, что отражало увеличение регуляторной роли ги-перкаптического драйва и в меньшей степени ги-поксического драйва. Активация центральных механизмов регуляции дыхания была направлена на поддержание необходимого уровня легочной вентиляции. Однако пролонгированная динамика этого процесса оставалась неизвестной.
В задачу настоящей работы входило изучение компенсаторных и адаптивных реакций в регуляции внешнего дыхания и газообмена организма в течение 20-дневного курса прерывистой нормобарической гипоксии у практически здоровых ис-
пытуемых. Необходимость проведения подобного исследования представляется важной как теоретически для выяснения физиологических механизмов пролонгированных гипоксических воздействий на организм человека, так и для практического использования полученных данных при тренировках, профилактике лиц из групп риска, а также при лечении и реабилитации больных.
МЕТОДИКА
Изучали показатели внешнего дыхания и газообмена для состояния покоя, а также регуляции дыхания в гипоксическом и гиперкапническом тестах в течение 20-дневных воздействий сеансами ПНГ. Для исключения следовых влияний двух тестов их проводили в разные дни. В первый день обследования измерялись показатели дыхания и газообмена для исходного состояния, и проводилось гипоксическое тестирование. На следующий день испытуемым предъявлялся гиперкапничес-кий тест, после чего начинался курс гипоксичес-кой тренировки ПНГ. В дальнейшем последовательность проведения тестов сохранялась. Так, гипоксический тест проводился на 10-й день до текущего сеанса ПНГ и на 20-й день курса тренировки, а также на 30-й и 40-й дни в восстановительном периоде. Гиперкапнический тест во всех случаях проводился на день позже. Для упрощения изложения в дальнейшем в тексте полученные результаты обоих тестов представляются отнесенными соответственно к 0, 10, 20, 30 и 40-му
дням обследования. Схема использованного ежедневного сеанса гипоксического воздействия включала 6 повторений по 5 минут с вдыханием гипоксической смеси (10% O2) чередующихся с 3-минутным дыханием атмосферным воздухом. Во время сеансов ПНГ постоянно контролировали частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин) и насыщение крови кислородом (SaO2, %).
Обследовали 5 практически здоровых юношей-добровольцев (средний возраст 23 ± 1.8 года, вес 72.4 ± 6.1 кг и рост 178 ± 2.6 см).
Параметры газообмена и внешнего дыхания измеряли на газоанализаторном комплексе EOSSPRINT (ФРГ). Определяли легочную вентиляцию (VE, л/мин), частоту дыхания, (BF, 1/мин), дыхательный объем (Vt, л), скорость выдыхаемого CO2 (VCO2, мл/мин), потребление кислорода (VO2, мл/мин кг) и легочный коэффициент использования кислорода (VO2/VE, млO2/л).
Вентиляторную реакцию на гиперкапничес-кий и гипоксический стимул измеряли методом возвратного дыхания [5, 6]. Подробное описание методики приведено в наших предыдущих работах [7, 8].
В гипоксическом тесте у испытуемых измеряли гипоксическую вентиляторную реакцию (HVR, л/мин, мм рт. ст.). Кривая графика аппроксимировалась по формуле:
VE = Ve0 + HVR/(PAO2 - 32), (1)
где VE (л/мин) - легочная вентиляция; VE0 (л/мин) -вентиляция в начале теста: PAO2 (мм рт. ст.) -парциальное давление O2 в газовой смеси во время теста; 32 (мм рт. ст.) - величина PAO2, при которой достигается максимальная легочная вентиляция.
PAO2 определялось по формуле:
PAO2 = FO2i/100(PA - 47),
где FO2i (об. %) - концентрация O2 во вдыхаемом воздухе, определяемая из разницы концентраций кислорода в воздухе и в тексте; PA (мм рт. ст.) -атмосферное давление в день исследования, 47 (мм рт. ст.) - парциальное давление паров воды в выдыхаемом воздухе. Для определения зависимости дыхания от газообмена при минимальной оксигенации крови (75-80%) измеряли легочную вентиляцию и парциальное давление CO2 в конце гипоксического теста.
В гиперкапническом тесте у испытуемых определяли порог начала повышения легочной вентиляции (PACO^^, мм рт. ст.), а также гипер-капническую вентиляторную реакцию (HCVR, л/мин об. %). По концентрации CO2 в конечной порции выдыхаемого воздуха (FetCO2, об. %), рассчитывали парциальное напряжение CO2 в легких (PACO2, мм рт. ст.). При критических величинах PACO^p^, равных 55-60 мм рт. ст., тест заканчи-
вали и определяли максимальную величину легочной вентиляции УЕмакс (л/мин).
Насыщение гемоглобина крови кислородом и частоту сердечных сокращений измеряли пуль-соксиметром Oxygen Saturation Monitor (mod. 501+, Criticare Systems Inc., USA) с использованием пальцевого датчика. Тестирование прекращали при уровне SaO2 80%. Расчет альвеолярной вентиляции (VA, л/мин) проводили по известным формулам [9].
Статистическая обработка данных проводилась с использованием стандартных методов расчета средней величины показателей и ее ошибки, корреляционного и регрессионного анализов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Необходимо отметить, что проведение двухмесячного обследования одних и тех же лиц сопряжено не только с повышенными затратами и усилиями по получению исходных данных, но и сопровождается неизбежным отсевом части обследованных лиц по различным объективным причинам (внезапная болезнь, повышенная занятость). Вместе с тем, научная и практическая значимость полученных результатов оправдывает попытки проведения анализа данных на относительно небольшом числе обследованных лиц.
Показатели внешнего дыхания и газообмена для группы испытуемых в состоянии покоя исходно до начала ПНГ (фон, 0 день), на 10, 20, 30 и 40-й дни обследования приведены в табл. 1. Из таблицы следует, что для состояния покоя после 20 ежедневных сеансов большинство показателей внешнего дыхания (легочная вентиляция, частота дыхания, дыхательный объем, альвеолярная вентиляция) и газообмена (скорость выделения углекислого газа, парциальное давление углекислого газа в легких, уровень сатурации ок-сигемоглобина) для группы обследованных лиц практически не изменились. Потребление кислорода организмом выявило фазную динамику. В первой фазе к 10-му дню гипоксической тренировки оно имело тенденцию к понижению на 12.7%, а во второй фазе к 20-му дню - к повышению на 15%. Разница между значением приростов VO2 на 20-й и 10-й дни обследования (28%) достоверна (p < 0.01, см. табл. 1). Легочный коэффициент использования кислорода (VO2/VE) к концу гипоксической тренировки (20-му дню обследования) повысился на 19.5% (p < 0.02), по сравнению с исходным уровнем до начала тренировки ПНГ. Этот повышенный уровень VO2/VE продолжал сохраняться до 30-го дня обследования в восстановительном периоде после прекращения гипоксической тренировки.
Таблица 1. Показатели функции внешнего дыхания и газообмена у испытуемых (п = 5) при тренировке сеансами прерывистой нормобарической гипоксии (ПНГ) (М ± т)
Тренировка сеансами Восстановительный
Показатели 0 (фон) ПНГ, день период, день
10-й 20-й 30-й 40-й
Легочная вентиляция (УЕ), л/мин 9.2 ± 0.92 9.1 ± 0.59 9.1 ± 0.97 8.1 ± 0.40 9.0 ± 1.00
Альвеолярная вентиляция (УА), л/мин 6.85 ± 0.45 6.95 ± 0.60 5.85 ± 0.29 5.82 ± 0.27 7.15 ± 0.60
Частота дыхания (БЕ), 1/мин 19 ± 1.5 16 ± 1.0 20 ± 1.6 19 ± 2.3 19 ± 2.3
Дыхательный объем У), л 0.53 ± 0.05 0.54 ± 0.03 0.45 ± 0.03 0.44 ± 0.06 0.47 ± 0.04
Потребление кислорода (У02), мл/мин кг 2.92 ± 0.22 2.64 ± 0.38 3.32 ± 0.48 3.10 ± 0.32 3.28 ± 0.60
Легочный коэффициент использования 33.3 ± 1.9 33.0 ± 2.4 39.8 ± 1.5 36.3 ± 1.7 37.2 ± 2.5
кислорода (У02/УЕ), мл02/л
Скорость выделения углекислого газа 0.29 ± 0.06 0.30 ± 0.04 0.29 ± 0.05 0.23 ± 0.10 0.31 ± 0.04
(УС02), л/мин
Парциальное давление С02 в легких 36.1 ± 1.3 34.5 ± 0.78 35.4 ± 1.68 36.2 ± 1.07 37.1 ± 1.3
(РАС02), мм рт. ст.
Уровень сатурации кислорода в крови 98 ± 0.37 98 ± 0.20 98 ± 0.37 97 ± 0.48 98 ± 0.37
(5а02), %
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.