ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 2, с. 58-66
УДК 612.017.2:612.821.33
ВНУТРИСИСТЕМНЫЕ И МЕЖСИСТЕМНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ОСТРОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГИПОКСИИ
© 2004 г. С. И. Сороко*, Э. А. Бурых**
*Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, Санкт-Петербург ^^Международный научно-исследовательский центр "Арктика" ДВО РАН, Магадан
Поступила в редакцию 28.05.2003 г.
С помощью одновременной компьютерной регистрации параметров внешнего дыхания, системного и мозгового кровообращения, артериального давления, кислородной сатурации гемоглобина и тканевого напряжения кислорода изучались внутрисистемные и межсистемные перестройки на разных стадиях развития острой гипоксии у человека (дыхание гипоксическими газовыми смесями с 6.88.0% содержанием кислорода в азоте). Установлено, что в ответ на гипоксическое воздействие вовлекаются все основные системы жизнеобеспечения организма, однако степень их вовлеченности и величина сдвигов отдельных параметров имеют выраженную индивидуальную зависимость. При этом степень напряжения одних систем может оставаться относительно стабильной в течение всего времени воздействия, других - постепенно увеличиваться или снижаться. Обнаружено, что на каждом этапе гипоксии существуют определенные границы напряжения (вовлечения) функциональных резервов систем кислородообеспечения, выход за пределы которых в одних случаях сразу же приводит к дезорганизации внутрисистемных и межсистемных отношений, в других - к неэффективному перерасходу компенсаторных резервов и снижению времени переносимости гипоксического воздействия.
Гипоксия является одной из актуальных медико-биологических проблем, которая постоянно остается в центре внимания специалистов различного профиля. Знание механизмов компенсации недостатка кислорода и механизмов адаптации к гипоксии у человека имеет не только теоретическое, но и прикладное значение. Это необходимо для разработки критериев гипоксической устойчивости при отборе лиц для работы в экстремальных условиях окружающей среды. Не менее важным является и клинический аспект, поскольку значительный круг заболеваний, особенно кар-диореспираторной системы, приводит к гипоксии организма. Значительное количество исследований было посвящено реакции различных систем организма человека на гипоксию. Однако в подавляющем большинстве работ [1-5] эти реакции оценивались для каждой системы отдельно (реакция пульса, артериального давления, электрической активности головного мозга), без учета взаимодействия разных систем. При таком подходе не представляется возможным оценить, что побуждает различные системы вступать на определенном этапе гипоксии в ответную реакцию и обусловливает индивидуальные различия реактивности респираторной, сердечно-сосудистой и других систем организма. Важную роль в перестройках центральных механизмов регуляции функций играет центральная нервная система, тем более что головной мозг является наиболее чувствитель-
ным к гипоксии органом. Составляя только 2% массы тела, мозг потребляет около 20% кислорода, расходуемого всем организмом. Эта постоянно высокая потребность мозга в кислороде требует наличия надежных и пластичных компенсаторных механизмов, позволяющих поддерживать его жизнедеятельность при возникновении внешних и внутренних причин, влекущих за собой развитие гипоксических состояний. Естественно, что режим деятельности организма в условиях нарастания общей гипоксии будет осуществляться при той или иной степени напряжения систем регуляции, величина которого будет определяться устойчивостью и функциональными резервами всех звеньев в сложной цепи восполнения кислородного дефицита.
Современный методический уровень исследований позволяет изучать не только реакцию отдельных систем, но и ставить вопрос об изучении взаимодействий между различными системами [6] при развитии в организме острой или хронической гипоксии, о поиске внутрисистемных и межсистемных "маркеров" гипоксических состояний, индивидуальной чувствительности и устойчивости к гипоксии, что имеет важное значение как для профотбора специалистов с высокой гипоксической устойчивостью (летчики, подводники, альпинисты и др.), так и для клинических условий при организации мониторинга за больными с угрозой
ВНУТРИСИСТЕМНЫЕ И МЕЖСИСТЕМНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ Динамика усредненных (п = 25) показателей физиологических систем при гипоксической нагрузке
Показатель Фон Нагрузка
5-я мин 10-я мин 15-я мин
ЧСС, уд./мин 72.5 ± 12.3 95.7 ± 13.4** 94.1 ± 13.1** 93.4 ± 14.0**
МОК, л/мин 4.2 ± 0.4 4.8 ± 0.3** 4.9 ± 0.3** 5.0 ± 0.7**
МК, Ом ■ уд./мин 9.1 ± 0.2 14.2 ± 0.3** 15.2 ± 0.3** 16.4 ± 0.4**
МОД, л/мин 8.3 ± 2.0 9.5 ± 2.1** 9.2 ± 1.9** 11.4 ± 2.0**
АДС, мм рт.ст. 118.1 ± 12.9 125.1 ± 6.2* 122.3 ± 7.3 122.5 ± 7.1
АДд, мм рт.ст. 76.0 ± 12.1 76.9 ± 8.4 70.1 ± 4.2* 67.6 ± 4.7**
&02, % 98.0 ± 0.0 75.1 ± 10.1** 67.7 ± 7.5** 67.1 ± 5.3**
Тканевое напряжение кислорода, мм рт.ст. 85.2 ± 10.2 40.3 ± 10.7** 25.6 ± 8.2** 14.5 ± 13.9**
Примечание. Расшифровку аббревиатур см. в тексте. * -p < 0.05, ** -p < 0.01, по сравнению с фоном.
развития тяжелых гипоксических состояний. В наиболее общем виде проблему можно сформулировать следующим образом. Включается ли та или иная система в ответную реакцию на гипоксию последовательно - только после того как исчерпаны резервы другой ситемы или постепенное расходование резервов различных систем происходит параллельно? Если у разных индивидуумов имеют место разные стратегии, то какая из них является более эффективной? Попытка найти ответ на эти и другие вопросы и была предпринята в настоящей работе.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 25 мужчин в возрасте от 18 до 39 лет. В течение 15-20 минут испытуемые дышали гипоксической смесью с 6.8-8.0 % содержанием кислорода в азоте. Оценку минутного объема кровообращения (МОК) производили посредством интегральной реогра-фии тела с помощью компьютерного реографа-анализатора (фирма "Diamant", Россия), мозгового кровотока (МК) - методом реоэнцефалогра-фии (РЭГ) на этом же приборе. Параметры внешнего дыхания регистрировали с помощью компьютерного монитора-спироанализатора "КН-АР-01" (фирма "Diamant", Россия). Каждые 2.5 мин регистрировали артериальное давление на левой руке. Непрерывно регистрировали уровень насыщения (сатурации) гемоглобина кислородом с помощью пульсооксиметра модели 8500 (фирма "Nonin Medical, Inc." США) и тканевое напряжение кислорода с помощью транскутанного монитора ТСМ-3 (фирма "Radiometer", Дания). РЭГ записывали в четырех отведениях: фронто-мастои-дальном слева и справа (FML и FMR) и окципито-мастоидальном слева и справа (OML и OMR) [7]. Все физиологические параметры регистрировались параллельно. При анализе РЭГ оценивали
интенсивность кровотока по реографическому индексу в 4 вышеуказанных отведениях и вычисляли его среднюю величину по 4 отведениям. При оценке минутного объема мозгового кровотока использовали условный показатель, полученный путем умножения среднего реографичесого индекса на частоту пульса. На 5, 10 и 15-й минутах у каждого испытуемого оценивали относительные изменения каждого из показателей по отношению к их величинам на предыдущем этапе (на 5-й минуте - по отношению к фону, на 10-й - по отношению к 5-й и т.д.). Оценивали величину корреляции относительных изменений каждого из показателей со всеми остальными. Статистическая обработка полученных данных производилась при помощи пакета программ Statistika for Windows.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ответ на гипоксический стимул в организме вовлекаются все его основные физиологические системы. Полученные данные показали, что при воздействии гипоксических смесей степень напряжения одних систем может оставаться относительно стабильной на протяжении 15 минут, а других - постепенно увеличиваться или снижаться. В таблице и на рис. 1, А представлены усредненные данные по всей группе испытуемых. Видно, что увеличение минутного объема дыхания (МОД) на 5-й мин гипоксического воздействия (рис. 1, А) в среднем составляет 32% по сравнению с фоном. Эта величина остается практически неизменной на 10-й и 15-й минутах гипоксического воздействия. Величина минутного объема мозгового кровотока на 5-й минуте в среднем увеличивается на 45% по сравнению с фоном, на 10 минуте - на 57%, на 15-й мин - на 65%. В среднем для всей группы величина систолического артериального давления (АДс) в течение всего исследования
5 10 15
ЧСС
7сР°2
МОК
Б
Sa02
АД;
МОД
АДС
ЧСС
ГсР02
МОК
МК 5а°2
АД
АДС
ЧСС
ГсР°2
МК
МОД
Sa02
АД
АДС
МОК
МК
МОД
Рис. 1. Динамика различных физиологических параметров при экспериментальной гипоксии в среднем по группе (А) и у отдельных испытуемых (Б, В).
5, 10, 15 - продолжительность воздействия гипоксии в минутах. Расстояние, равное радиусу по каждой из осей, соответствует величине каждого параметра до воздействия гипоксии (фон). Расшифровку аббревиатур см. в тексте.
меняется незначительно, а диастолического (АДд) - к 10-й и 15-й минутам уменьшается в среднем на 10 мм рт. ст. Тканевое напряжение кислорода (7сР02) к 15-й мин постепенно снижается почти до минимальной отметки. Однако усреднение данных испытуемых с разной устойчивостью к гипоксии искажает истинную картину реакции отдельных систем и организма в целом.
Исследования показали, что существуют индивидуальные стратегии участия различных физиологических систем в компенсации гипоксии (рис. 1, Б, В). Так, для испытуемого К-ва (рис. 1, Б) характерно постепенное увеличение минутного объема дыхания: к 5-й мин на 25%, к 10-й -
на 32% и к 15-й мин на 41%. Минутный объем мозгового кровотока увеличивается к 5-й мин на 25% по отношению к фону, затем снижается и к 10-й и 15-й минутам, он становится выше соответственно на 18 и 15% по сравнению с фоном. К 5-й мин происходит заметное увеличение АДс примерно на 20%, которое затем к 10-й и 15-й мин почти не изменяется.
У испытуемого Т-ва (рис. 1, В) имеет место более существенный рост мозгового кровотока (на 45, 63 и 87% по отношению к фону, соответственно к 5, 10 и 15-й минутам). При этом МОД изменяет
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.