2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

Рис. 35. Эшелоны биологической (физиологической) адаптации к горным условиям.

Дергунов А. В., Кадыралиев А. К., Идирисов А. Н., 1995; Новиков В. С., Кутгубаев О. Т., Дергунов А. В., 1999).

Важность детального изучения механизмов прерывистой горной адаптации для военной медицины состоит в том, что очень часто, как в мирное время, так и в боевой обстановке, воинские подразделения могут перемещаться с одного высотного яруса на другой и обратно в условия равнины. Это может происходить как в пешем порядке, так и автомобильным или чаще авиационным транспортом (Дергунов А. В., Кадыралиев А. К., Идирисов А. Н., 1995).

Если скорость подъема человека в горы высокая (подъем самолетом, вертолетом), он внезапно оказывается в среде, бедной кислородом. У него развивается острая горная (высотная) гипоксия, проявляясь признаками острейшей кислородной недостаточности. При сравнительно медленном (на автотранспорте, верхом, пешком) подъеме на средние и даже на большие высоты и пребывании там в течение нескольких дней

или недель организм подвергается кратковременной, но умеренной гипоксии. В этом случае физиологическое состояние организма, наряду с воздействием фактора гипоксии, будет определяться влиянием и других факторов горного комплекса (табл. 18), приобретающих порой первостепенное значение.

Гипоксия в горах, как видно из сказанного, не единственная причина адаптивных реакций. Последние очень часто зависят от интегрального действия многих факторов горного комплекса. В отдельных случаях гипоксический фактор уступает свою доминирующую роль, и тогда первостепенное значение могут приобретать температура окружающей среды, ионизация воздуха, сила ветра, эмоциональное воздействие горной обстановки, боевого стресса у военнослужащих и т.п.

Все это свидетельствует о том, что адаптивные реакции у людей, оказавшихся в горах, нельзя рассматривать как однообразные и всегда связанные только с высотой местности и временем пребывания в горах. Находясь в тесной зависимости от самых различных условий и ситуаций окружающей среды, реакции имеют сложную мозаичность, что обуславливает различные сроки выхода отдельных систем на рубеж адаптированности.

Особенности рассматриваемых процессов определяются и тем, что один и тот же раздражитель (стрессор) изменяет физиологические функции неодинаково. Больше того, горноклиматические условия, оказывая тренирующее влияние на одни системы, могут обуславливать патологические сдвиги со стороны других. При этом следует подчеркнуть, что физиологические реакции при прерывистой горной адаптации являются более сложными и ветвистыми, чем изменения отдельных внешних факторов и даже их комплексов, а реагирующие системы имеют различную степень чувствительности и лабильности (Дергунов А. В., 1989, 1995; Дергунов А. В., Бейшембиев А. В., Идирисов А. Н., 1987; Миррахимов М. М., Гольдберг П. Н., 1978, 1981; Сапов И. А., Новиков В. С., 1984; Циркадные ритмы …, 1975).

Проводя сравнительную характеристику физиологических показателей, уровня физической и умственной работоспособности у военнослужащих в процессе адаптации к одной высоте (3100 м над уровнем моря) и в процессе прерывистой высокогорной адаптации, было установлено (Новиков В. С., Кутгубаев О. Т., Дергунов А. В., 1999), что стабильная фаза адаптации у военнослужащих первой группы наступила на 24-й день пребывания в горах, а военнослужащих второй группы она не наступила даже на 30-й день пребывания в горах. Уровень физической и

умственной работоспособности (выполнение нормативов по боевой и специальной подготовке) у военнослужащих первой группы достиг исходного уровня только на 28-й день пребывания в горах, а у военнослужащих второй группы в процессе прерывистой высокогорной адаптации на 30-й день пребывания в горах на 40% был ниже исходного (перед выходом в горы) уровня.

Человек реагирует на изменения социальной среды, при этом психосоциальные реакции нередко подавляют биологические. В связи с достижениями биоритмологии, теперь подвергается анализу реактивность организма в горах с этих позиций. Жизнь любого организма, как теперь доказано, имеет выраженную ритмичность. Связывают её с гео-, селено- и гелиофизическими процессами. космическими влияниями (Доскин В. А., Лаврентьев Н. А., 1974; Руттенбург С. О., Слоним А. Д., 1976; Singer М., 1993). Эти и другие факторы обуславливают у животных и человека биологические ритмы различной продолжительности: миллисекунды, микросекунды, секунды, минуты, часы, сутки (околосуточные, никтомеральные, циркадные), месяцы, сезоны, годы. Работающие люди (военнослужащие) приобретают биологическую ритмичность в процессе трудовой деятельности (службы). Она возникает в связи с ритмом рабочего дня (распорядка дня), недели, года, сменным характером работы (службы) и т.п.

Биологические ритмы, особенно закрепленные генетически, инертны и весьма устойчивы к помехам. Лишь при достаточной интенсивности последних они расшатываются, десинхронизируются (Акопян А. А., 1970). Десинхронозы могут быть острыми и хроническими и проявляются снижением работоспособности, особенно в горах (Парин В. В., Космолинский Ф. П., Душков Б. А., 1975; Руттенбург С. О., Слоним А. Д., 1976; Циркадные ритмы …, 1975).

Большой теоретический и практический интерес представляют данные по циркадной ритмике устойчивости к барокамерной (Агаджанян Н. А., Власова И. Г., Лукьянова Л. Д., 1994; Агаджанян Н. А., Елфимов А. И., 1986; Агаджанян Н. А., Катков А. Ю. 1983) и натуральной (Зарифьян А. Г., 1974) гипоксии. Авторы отмечают, что период наименьшей устойчивости животных совпадает с периодом соответствующего насыщения крови и ткани надпочечников кортикостероидами.

В ряде случаев чрезвычайно действенными могут оказаться тренировки к гипоксии (Дергунов А. В., Бейшембиев А. В., Идирисов А. Н., 1987; Дергунов А. В., 1989, Дергунов А. В., Дидиченко В. М., 1991) и мероприятия, направленные на сохранение суточного ритма. В этом смыс-

ле важна синхронизация трудовых нагрузок и выполнения нормативов военнослужащими с ритмическими фазами важнейших физиологических процессов. Циркадные пики наибольшей высотной устойчивости следует учитывать, например, при выборе времени для быстрого подъема на высоты и спуска с них в процессе так называемой пульсирующей или «флюктуационной» горной адаптации (Дергунов А. В., 1989).

Таким образом, при прерывистой (флюктуационной) горной адаптации в отличие от адаптации к одной высоте наблюдали более напряженные компенсаторные реакции организма, которые часто осложнялись развитием дезадаптационных расстройств, приводящих к резкому снижению как физической, так и умственной работоспособности человека, более частым развитием горной патологии. Это связано, по нашему мнению с тем, что при прерывистой горной адаптации более выражена мозаичность адаптационных сдвигов, которая усугубляется еще и тем, что на сдвиги, порождаемые влиянием меньших высот, по мере дальнейшего высокогорного восхождения, налагаются все новые и новые воздействия, стрессоры более высоких, а значит, и более суровых местностей. Знание особенностей течения этого вида адаптации, механизмов развития дезадаптаций позволит врачу части (врачу спасательного подразделения МЧС) рационализировать профилактику и проводить патогенетическую коррекцию ее расстройств. Это большая и важная проблема подлежит дальнейшему тщательному изучению.

3.2.Перестройки интегративных механизмов регуляции физиологических функций организма человека

вусловиях экспериментальной

ивысокогорной гипоксии

Развитие научно-технического прогресса позволило человеку приступить к освоению ранее недоступных районов Земли, космического пространства, глубин океана. Однако крайне суровые условия этих регионов с наличием большого числа факторов, с которыми человек не встречался в процессе своей эволюции, привело к тому, что не все лица оказались одинаково устойчивыми к их воздействию. Стало очевидным, что решение проблемы освоения районов Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока, Антарктиды, пустынь, высокогорья будет определяться в первую очередь не техническим, а человеческим факторам, а именно способностью человека не только выжить, но и успешно

работать в этих условиях, сохранить уровень своего здоровья, воспроизводить здоровое потомство.

Сейчас установлено, что адаптация человека к суровым климатогеографическим условиям сопровождается перестройками всех функциональных систем, затрагивая анализаторную и интегративную формы деятельности мозга, вегетативную и гормональную системы, обменные процессы, психическую сферу. Однако выраженность этих перестроек не у всех оказалась одинаковой. В связи с этим остро встал вопрос о проведении комплексных медицинских, психофизиологических и нейрофизиологических исследований, направленных на изучение механизмов, определяющих индивидуальный уровень адаптационных возможностей человека. Без знания конкретных механизмов, лежащих в основе индивидуальной устойчивости, невозможно оценить не только саму динамику адаптационного процесса, но и разработать методы диагностики состояния адаптированности и дезадаптированности, способы профилактики и коррекции функциональных нарушений, научно обосновать критерии отбора и медицинского прогноза.

Исследования, выполненные нами в различных климатогеографических регионах Земли (Арктика, Антарктика, высокогорье, пустыни), показали, что уровень адаптационных возможностей человека во многом определяется индивидуальными особенностями центральных и вегетативных механизмов регуляции, причем роль центральных механизмов регуляции в устойчивости организма к воздействию экстремальных условий внешней среды оказывается ведущей.

Известно, что реакция организма на то или иное воздействие не ограничивается, как правило, одной системой. Однако непосредственный контакт организма с внешней средой и его первичная адаптация (акклиматизация) происходит за счет нервных, рефлекторных механизмов. И только спустя некоторое время, если данный фактор внешней среды продолжает воздействовать на организм, возникают гормональные и биохимические перестройки, которые и обеспечивают поддержание гомеостаза на новом уровне. При дальнейшем изменении условий снова включаются центральные нервные механизмы регуляции и вносят необходимую коррекцию в деятельность отдельных систем. Следовательно, центральная нервная система является главным координатором всех адаптационных перестроек. Мы полагаем, что изучение индивидуальных особенностей механизмов саморегуляции головного мозга и характера межсистемных отношений является наиболее перспективным в поиске объективных критериев не только адаптивности и устойчивости

человека к воздействию факторов внешней среды, но и способности его к обучению, профессиональной ориентации, а также психологическими особенностями. Чтобы подтвердить сказанное, обратимся к экспериментальным данным.

Нейрофизиологическими исследованиями с использованием электродов, вживленных в различные структуры мозга человека с диагностической или лечебной целью, было показано, что оптимально возможная адаптация мозга в норме и патологии, а также в процессе целенаправленной деятельности обеспечивается за счет установления новых структурно-функциональных взаимоотношений. Однако изучение межцентральных перестроек у здорового человека связано с большими методическими трудностями. Одним из наиболее объективных методов оценки функционального состояния мозга человека является электроэнцефалография. Большинство авторов, занимающихся исследованиями функциональной значимости электроэнцефалографии, приходят к заключению, что электроэнцефалограмма не только отражает нейрофизиологические механизмы деятельности мозга, но и является активным регулирующим механизмом, обеспечивающим сенсорную и сенсомоторную формы интеграции, регуляцию кортикальной возбудимости, пространственную синхронизацию дистантно расположенных корковых центров и обеспечение интегративной деятельности мозга в целом. В настоящее время имеются данные о том, что отдельные частотные составляющие ЭЭГ могут являться теми ритмическими регуляторами, которые обеспечивают общую координацию межцентральных взаимоотношений и определяющих индивидуальные алгоритмы работы мозга как системы.

Однако такие широко распространенные методы анализа ЭЭГ, как построение автокорреляционных и кросскорреляционных функций, спектров мощности, периодограмм, функций когерентности и т.п., при изучении индивидуально-типологических особенностей механизмов саморегуляции мозга оказываются малоинформативными, так как отражают общие, интегральные, характеристики биоэлектрической активности мозга. В то же время индивидуальный характер регулирующих механизмов мозга может быть познан только в процессе динамики, т.е. требуется время, определяемое не секундами, а минутами. Кроме того, если отдельные ритмы ЭЭГ участвуют (или даже только отражают) в механизмах регуляции межцентральных отношений, то между ритмами ЭЭГ и их отдельными компонентами (волнами) должна быть не случайная, как считают некоторые авторы, а определенная взаимообус-

ловленная зависимость. Однако до недавнего времени вопрос изучения взаимодействия отдельных компонентов ЭЭГ, закономерностей их временных перестроек, пространственной организации и связи с индиви- дуально-типологическими особенностями механизмов саморегуляции мозга оставался в стороне.

Для изучения взаимодействия физиологических систем в теоретической и математической биологии применяются так называемые реляционные методы, в которых для описания сложных взаимодействий используются номограммы, блок-схемы или ориентированные графы.

Для выяснения особенностей взаимосвязей между компонентами ЭЭГ в норме и в процессе адаптации нами использовались подходы, разработанные в теории графов и позволяющие изучать общие структурные свойства систем во взаимодействии их отдельных элементов. Указанный подход позволил разработать компьютерный метод анализа ЭЭГ, который дал возможность исследовать не только статистическую структуру паттерна ЭЭГ, его индивидуально-типологические особенности, но и характер взаимосвязей между отдельными компонентами ЭЭГ в их динамике. Анализ структуры взаимодействия отдельных компонентов ЭЭГ основан на вычислении матриц вероятностей переходов от одной волны ЭЭГ к другой и их последующего анализа с помощью методов дискретной математики.

Изучение индивидуальных особенностей структуры взаимодействия компонентов ЭЭГ в процессе адаптации к различным природным, техногенным и социальным условиям, операторской деятельности, при дезадаптационных нарушениях психической деятельности показало, что временная последовательность и пространственная организация отдельных волн ЭЭГ не случайны, а связаны с индивидуальным типом, (алгоритмом) механизмов саморегуляции мозга. Индивидуальный характер алгоритмов механизмов саморегуляции мозга оказался тесно связанным с пластичностью и устойчивостью нейродинамических процессов, в конечном итоге определяющих адаптационные свойства организма.

Адаптации человека к условиям гор посвящены тысячи работ, и здесь нет необходимости давать их обзор. Мы поставили перед собой цель познакомить читателя с новыми направлениями исследований, выполненных как в условиях моделирования основного фактора высокогорья (гипоксии) в специальных экспериментах с гипоксическими газовыми смесями с различным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе, так и в натурных исследованиях в горах.

Перестройка биоэлектрической активности и гемодинамики мозга при экспериментальной и высокогорной гипоксии. Известно, что индивидуальная устойчивость человека к недостатку кислорода колеблется в больших пределах (Агаджанян Н. А., 1972; Березовский В. Я., Бойко К. С., Левченко М. Н., 1978; Малкин В. Б., Гиппенрейтер Е. Б., 1977; Loeb L., 1947). У одних людей симптомы горной болезни проявляются уже на высоте 2,5–3 тыс. метров над уровнем моря, другие способны покорять высочайшие вершины мира без кислородных аппаратов (Газенко О. Г., Гиппенрейтер Е. Б.,1983; Monge М. С., Monge С. С., 1966).

Головной мозг является самым чувствительным к недостатку кислорода органом. Составляя только 2% всей массы тела, мозг потребляет около 20% кислорода, расходуемого всем организмом (Акопян Н. С., 1987). Эта постоянно высокая потребность мозга в кислороде требует наличия надежных и очень подвижных компенсаторных механизмов, позволяющих поддерживать его жизнедеятельность при возникновении внешних и внутренних причин, влекущих за собой развитие гипоксических состояний. Несомненно, что при острой гипоксии ведущее значение имеют дыхательные и гемодинамические механизмы компенсации. Учащение и углубление дыхания, повышение ударного и минутного объемов крови, увеличение общего объема протекающей через мозг крови, централизация кровотока за счет его перераспределения из других органов, выброс эритроцитов из депо, повышение анаэробного гликолиза являются срочными механизмами, позволяющими поддерживать жизнедеятельность организма при дефиците кислорода в окружающем воздухе. Естественно, что такой режим деятельности организма осуществляется при той или иной степени напряжения систем регуляции, величина которого будет определяться устойчивостью и функциональными резервами всех звеньев в сложной цепи восполнения кислородного дефицита.

Индивидуальный порог гипоксической устойчивости, когда механизмы компенсации не могут уже полностью удовлетворить потребность мозга в кислороде, будет определяться возникновением функциональных нарушений в деятельности мозга. Одним из объективных показателей возникновений гипоксии мозга является сдвиг частотного спектра ЭЭГ. Принято считать, что появление выраженной тета-, а затем и дель- та-активности в ЭЭГ является признаком нарастающей гипоксии мозга (Акопян Н. С., 1987; Малкин В. Б., Гиппенрейтер Е. Б., 1977, Физиология … в условиях высокогорья, 1987). В. Б. Малкин и соавт. (1977) разработали методы, позволяющие на основании изменения амплитудно-

частотных параметров ЭЭГ при барокамерной или экспериментальной гипоксии с большой долей вероятности прогнозировать гипоксическую устойчивость человека. Однако сами авторы, а также данные наших исследований показали, что оценка гипоксической устойчивости только по изменению мощности спектра ЭЭГ не всегда дает однозначные результаты. Это связано с тем, что мощность спектра ЭЭГ отражает общие, интегральные, характеристики функциональной активности мозга и не позволяет выявлять изменения регуляционных функций мозга.

Показано, что различные структуры мозга неодинаково чувствительны к недостатку кислорода (Акопян Н. С., 1987, Березовский В. Я., Бойко К. С., Левченко М. Н., 1978; Лауэр Н. В., Колчинская А. З., Турапов В. В., 1961). Это дает возможность предположить, что при воздействии гипоксии будет меняться не только (или не столько) мощность спектра ЭЭГ, но в первую очередь характер межцентральных отношений, находящий свое отражение в структуре (алгоритме) взаимодействия компонентов (волн) основных ритмов ЭЭГ (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990; Сороко С. И., Соломко А. П., Димаров Р. М., 1993).

Вданном разделе работы представлены результаты изучения индивидуальных особенностей перестройки локальной и пространственной организации взаимосвязей компонентов основных ритмов ЭЭГ и сопутствующих им реакций сердечно-сосудистой системы и мозгового кровообращения в условиях экспериментальной гипоксии и во время пребывания в горах.

Висследовании принимали участие 250 здоровых мужчин в возрасте 20—22 лет, уроженцев средней полосы России, никогда ранее не бывавших в горах. Изучали изменения биоэлектрической активности мозга, мозгового кровообращения, насыщенности артериальной крови кислородом, частоты сердечных сокращений при проведении пробы с дыханием газовыми смесями, обедненными кислородом (гипоксические смеси, содержащие 8,5–8,9% кислорода в азоте), а также при пребывании в горах на высотах 3200 (Тянь-Шань) и 3600 (Памир) метров над уровнем моря.

Отведение ЭЭГ осуществляли по международной схеме 10–20 (Jasper Н., 1958). Анализировали монополярные записи ЭЭГ от фронтальных, височных, теменных и затылочных отделов с индифферентными ушными электродами. Гипоксическую смесь подавали в течение 15 мин из газового баллона через редуктор с использованием газового мешка и летной маски. Выдох производился через трубку спирогазо-

анализатора с замером параметров внешнего дыхания и содержания кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Свободные от артефактов двухминутные записи ЭЭГ, полученные при закрытых глазах в период гипоксического воздействия и в период восстановления (15 мин), вводили в персональный компьютер IBM PC/AT. Анализировали отрезки ЭЭГ между 1-й и 2-й, 4-й и 5-й, 7-й и 8-й, 10-й и 11-й, 13-й и 14-й минутами дыхания гипоксической газовой смесью и в те же периоды восстановления.

Анализ ЭЭГ осуществлялся с помощью метода оценки структуры взаимодействия компонентов ЭЭГ, реализованный в виде специальной программы «Протон-90» и основанный на вычислении матриц вероятности переходов от одного типа колебаний (волн) ЭЭГ к другому и их последующему анализу с помощью методов дискретной математики (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990). Для визуализации зонального распределения в корковых отделах головного мозга того или иного типа организации ЭЭГ были разработаны специализированные компьютерные программы «ЭЭГ-мэппинг» и «График-2», которые позволяют отслеживать тенденцию изменения паттерна ЭЭГ в ходе проведения исследования. При использовании программы «ЭЭГ-мэппинг» полученные данные изображались графическим методом, при помощи которого схематическая поверхность головы заштриховывалась в соответствии с выраженностью, усредненной вероятности переходов «альфа-альфа», «бета-бета», «тета-тета» и «дельта-дельта». Уровень вероятности этих переходов определялся цветом или типом штриховки. Имеется возможность получить карты всех 16 переходов от одной волны ЭЭГ к другой. Данные, полученные при использовании программы «График-2», представляли собой вероятностные ориентированные графы, вершинами которых являются компоненты ЭЭГ отдельного ритма (бета, альфа, тета, дельта), толщиной дуг показана величина вероятности, а ориентацией дуг – направление перехода. Более подробно принципы и алгоритм вычисления структуры взаимодействия компонентов ЭЭГ, на основании которых составлены эти программы, описаны ранее (Сороко С. И., Бекшаев С. С., Сидоров Ю. А., 1990).

Уровень мозгового кровообращения определяли методом реоэнцефалографии с использованием фронтально-мастоидальных и окци- пито-мастоидальных отведений от обоих полушарий головного мозга (Эниня Г. И., 1973, Яруллин Х. Х., 1983). Параметры гемодинамики регистрировали с помощью компьютерного реографа, сатурация крови кислородом и мгновенная частота сердечных сокращений – прибором