Литература

1. Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. – Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004, 212 с.

2. Баньков В.И. Электромагнитные информационные процессы биосферы.- Екатеринбург: 2004, 208 с.

3. Баньков В.И., Макарова Н.П., Николаев Э.К. Низкочастотные импульсные сложномодулированные электромагнитные поля в медицине и биологии (экспериментальные исследования).- Екатеринбург.: Издательство Урал. Ун-та, 1992. 100с.

4. Баньков В.И. Формирование ответного сигнала центральной нервной системы на действие модулированного электромагнитного поля / Вестник УрГМИ, Екатеринбург, изд-во УрГМИ, 1995, с. 12-21.

Механизмы адаптации сердечно-сосудистой системы к гипоксии, развивающейся при нырянии

А. В. Пономарёва, Л. Вэй, Т. И. Баранова

Санкт-Петербургский государственный университет

Изучение гипоксии относится к числу актуальнейших проблем биологии и медицины. Это связано с важной ролью кислорода в обеспечении жизнедеятельности организма человека и животных. Известно, что гипоксические состояния лежат в основе патогенеза наиболее распространенных заболеваний сердечно-сосудистой, нервной и других систем организма. Но вместе с тем адаптация к гипоксии в современной медицине все чаще используется как фактор повышения неспецифической резистентности организма к экстремальным условиям среды и для профилактики многих заболеваний.

Многолетние исследования показали, что у вторичноводных амниот при погружении в воду на выдохе развивается нырятельный рефлекс (НР), который, помимо брадикардии, сопровождается возоконстрикцией периферических сосудов и централизацией кровотока [1, 2]. Это способствует более экономному использованию кислорода во время погружения. У человека, так же как и у животных, при погружении в воду развивается брадикардия, причем, для того чтобы ее вызвать, достаточно погрузить лицо в воду. На основании этого в лаборатории структурно-функциональных адаптаций НИИ физиологии им. А.А. Ухтомского СПбГУ разработана технология холодо-гипокси-гиперкапнического воздействия (ХГВ; патент РФ №2020869 от 15.10.94, патент РФ № 2161476 от 10.01.01), суть которой заключается в инициации у человека НР путем погружения лица в воду определенной температуры.

Детальные исследования стратегии эволюционных адаптаций ныряющих млекопитающих показали, что освоение водной среды этими животными связано с решением главной задачи – «борьбы за кислород». Наблюдаемые адаптивные изменения дыхательной и сердечно-сосудистой систем, ответственных за перераспределение кислорода в организме, ведут к более рациональному, экономному и полному использованию кислорода в условиях гипоксии. Показано, что ныряющие животные не используют легкие как резервуар для кислорода и выполняют погружение на выдохе [1]. Как показывают некоторые авторы [3], кровоток в легких у животных во время ныряния уменьшается за счет констрикции легочных сосудов и шунтирования венозной крови. Таким образом, можно предположить, что уменьшение легочного кровотока во время ныряния является частью защитной НР.

Селективное распределение кровотока у разных животных (бобер, ондатра, кошка, собака, кролик) во время асфиксии впервые было описано Ирвингом в 1934 г. Элснер с сотрудниками показали на примере морского льва, а позднее и на собаке, что во время погружения полностью или только головы, наблюдается наряду с урежением сердечного ритма при неизменном систолическом объеме уменьшение минутного объема кровотока [4]. Исследованиями В. П. Галанцева с сотрудниками показано, что уже через 2-3 с после погружения головы ондатры в воду кровоток в артериях и капиллярах полностью прекращается [1].

Изменение кровотока при нырянии у человека изучено в значительно меньшей степени. В связи с этим, целью данного исследования явилось изучение системной гемодинамики (легочный кровоток, кровоток в аорте, интегральный кровоток (ИРГТ) по М. И. Тищенко) во время гипоксии, развивающейся при нырянии.

Исследование проводилось на практически здоровых людях (n=19) в возрасте 20-25 лет. Ныряние имитировали погружением лица воду, температура которой ниже температуры воздуха на 8-10С. Осуществляли 3-4 погружения лица в воду на нефорсированном выдохе, без предварительной гипервентиляции. Оценка системной гемодинамики проводилась с использованием программно-диагностического комплекса реограф-полианализатор РГПА-6/12 «РАЕН-ПОЛИ» (Таганрог). Для оценки статистической достоверности использовались методы для малых выборок (критерии Манна-Уитни и Вилкоксона).

У человека, согласно особенностям рефлекторной брадикардии, выделено четыре типа реализации НР: высокореактивный (ВР: более выраженная брадикардия), реактивный (Р: постепенно развивающаяся брадикардия), ареактивный (А: брадикардия не развивается) и парадоксальный (П: наблюдается тахикардия во время погружения) [5]. В нашем исследовании рассматривались первые три группы испытуемых (рисунок 1).

Согласно исследованиям НР на животных установлено, что в процессе ныряния наблюдается снижение скорости кровотока, благодаря чему более экономно расходуется кислород. Наши исследования ИРГТ показали, что наиболее выраженное снижение кровотока наблюдается у испытуемых ВР типа, которые исходно отличаются более экономным потреблением кислорода по сравнению с испытуемыми А типа. Происходит это за счет снижения ЧСС и повышения общего периферического сопротивления. У испытуемых А типа, напротив, кислородосберегающий эффект выражен в меньшей степени (рисунок 2).

Рис. 1. Процентное соотношение типов реализации нырятельной реакции в исследуемой выборке испытуемых

МОК

ОПСС

Рис.2. Изменение минутного объема кровообращения (МОК, мл) и общего показателя сосудистого сопротивления (ОПСС, дин/с/см) у испытуемых с различным типом реализации НР при исследовании ИРГТ. НР1, НР2, НР3 – погружения 1, 2, 3, соответственно

У испытуемых ВР и Р типов отмечено снижение тонуса аорты на начальном этапе погружения (достоверное падение показателя периферического сопротивления на 76,48%). Это, очевидно, приводит к увеличению поступления крови в коронарную систему сердца. Также в группах Р и ВР испытуемых хорошо выраженная брадикардия сочетается с вазоконстрикцией периферических сосудов (достоверное снижение показателя периферического сопротивления на 40,75 и 19,4% для ВР и Р испытуемых, соответственно). У испытуемых А типа, несмотря на отсутствие брадикардии, наблюдается хорошо выраженная вазоконстрикция на периферии.

Результаты исследования выявили, что во время погружения у испытуемых с хорошо выраженной нырятельной реакцией (ВР, Р) наблюдается уменьшение реографического индекса, частоты сердечных сокращений и, как следствие, уменьшение минутного объема крови в легочной артерии (рисунок 3). Можно предположить, что уменьшение легочного кровотока является компонентом защитной НР не только у животных, но и у человека.

Рис.3. Изменение минутного объема кровообращения в легочной артерии у испытуемых с различным типом реализации НР. НР1, НР2, НР3 – погружения 1, 2, 3, соответственно

Следовательно, у испытуемых с различной степенью выраженности брадикардии нырятельная реакция реализуется по-разному, что должно учитываться при разработке индивидуального режима приема холодо-гипокси-гиперкапнической тренировки. Но, тем не менее, полученные данные наглядно подтверждают единую стратегию защиты организма от гипоксии у человека и животных.

Особенность адаптации к гипоксии ныряния, выработанная посредством технологии ХГВ, обеспечивается за счет одновременной активации стресслимитирующих и стрессреализующих механизмов во время нырятельной реакции, что направлено на более экономное потребление кислорода, в отличие от других методик (интервальной гипоксической тренировки, гипобарической гипоксии, когда идет тренировка главным образом за счет симпатоадреналовой системы и усиления активности газотранспортных систем организма). Однако необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.