Акустическая оценка вентиляционной функции легких у человека при моделировании физиологических эффектов невесомости и лунной гравитации

B.B. Малаева1, В.И. Коренбаум1, И.А. Почекутова1, А.Е. Костив1, С.Н. Шин1, В.П. Катунцев2, В.М. Баранов2

Акустическая оценка вентиляционной функции легких у человека при моделировании физиологических эффектов невесомости и лунной гравитации

1 ФГБУН «Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева» ДВО РАН,

г. Владивосток;

2 НИИ космической медицины ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий» ФМБА России, г. Москва

V.V. Malaeva1, V.I. Korenbaum1, I.A. Pochekutova1, A.E. Kostiv1, S.N. Shin1, V.P. Katuntsev2, V.M. Baranov2

Acoustical evaluation of human lung function during simulation of physiological effects of microgravity and lunar gravity

1 V.I. Il'ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science, Vladivostok; 2 Research Institute for Space Medicine Federal Research Clinical Center of Specialized Types of Medical Care and Medical Technologies, Federal Biomedical Agency of Russia, Moscow

Ключевые слова: невесомость, антиортостати-ческая гипокинезия, лунная гравитация, орто-статическая гипокинезия, вентиляционная функция, форсированный выдох, трахеальные шумы, время, индивидуальная динамика.

Keywords: microgravity, antiorthostatic hypokinesia (head-down bed rest), lunar gravity, orthostatic hypokinesia (head-up bed rest), pulmonary ventilation function, forced expiration, tracheal noise, time, individual dynamics.

Цель исследования — оценка вентиляционной функции легких у человека методом акустического анализа продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха (ПТШФВ) в условиях длительного воздействия на организм моделированной невесомости и лунной гравитации. Участвовали 11 здоровых мужчин-добровольцев, которые были разделены на две группы. Первая группа — «АНОГ» (5 человек) — в течение 21 суток находилась на постельном режиме с отрицательным углом наклона головы (—6°) по отношению к горизонту. Вторая группа — «Селена» (6 человек) — первые 5 суток также находилась в условиях антио-ртостатической гипокинезии (АНОГ), что моделировало условия пилотируемого полета к Луне в невесомости; на 6-е сутки этих испытателей переводили на постельный режим с положительным углом наклона головы (+9,6°) по отношению к горизонту. Этот метод ортостатической гипокинезии использовали для моделирования физиологических эффектов лунной гравитации. Исходные данные регистрировали в положении сидя при завершении периода обучения (фон-1) и за 2 суток до начала гипо-

The objective of the study was to evaluate pulmonary ventilation function in humans by forced expiratory tracheal noise time (FETNT) analysis during simulated microgravity and lunar gravity. The study was conducted among 11 healthy male volunteers divided into two test groups. The first group ("ANOG") consisted of 5 men who stayed in head-down (—6°) bed rest (HDBR) position, simulating a 21-day spaceflight in microgravity. The second group ("SELENA") consisted of 6men who also spent the first 5 days of the experiment in a head down tilt position (ANOG), however, on the 6-th day they were moved to a head-up (+9.6°) tilt position, simulating lunar gravity, and remained in this position till the last (21-st) day of the experiment. Benchmark FETNT and spirometry data were registered in the sitting position upon completion of the training period and two days prior to the beginning of hypokenesia, as well as during the recovery period - on the 2nd day after the completion of the experiment, During the principal gravity exposure, measurements were taken on the 3-rd, 6-th, 9-th, 14-th, 20-th day of bed rest in a head-down or head-up position. After 3 days

кинезии (фон-2), а также в период восстановления на 2-е сутки после окончания исследования. В период основного воздействия исследование выполняли в положении лежа на 3-и, 6-е, 9-е, 14-е, 20-е сутки. В качестве акустического метода использовали измерение ПТШФВ. Дыхательные шумы регистрировались в ларинготрахеальной области. В качестве ре-ференсного метода использована спирометрия. По группе в целом выявлены значимое удлинение ПТШФВ и значимое (в пределах нормы) снижение спирометрических показателей после 3 суток АНОГ. При оценке индивидуальной динамики выявлена большая выраженность реакции удлинения ПТШФВ на АНОГ, чем на ортостатическую гипокинезию. При переводе из антиортостатическо-го в ортостатическое положение преобладающей реакцией было укорочение ПТШФВ. Акустический анализ ПТШФВ продемонстрировал возможность индивидуальной оценки динамики вентиляционной функции легких в условиях моделируемой невесомости и лунной гравитации. Удлинение ПТШФВ в условиях моделируемой невесомости может быть объяснено ростом аэродинамического сопротивления дыхательных путей.

of antiorthostatic hypokinesia, on the whole, both groups demonstrated a significant increase in FETNT and a perceptible (although within a normal range) decline in basic spirometry indexes, as compared to the background data. The individual dynamics analysis revealed a more expressed prolongation in the FETNT response to antiorthostatic hypokinesia than to orthostatic hypokinesia. The most prevalent response to the transfer from the head-down tilt to the head-up bed rest was shortening of FETNT. Thus, FETNT analysis demonstrated a possibility of individual evaluation of human pulmonary ventilation dynamics during HDBR and HUBR in simulated microgravity and lunar gravity. The FETNT prolongation in response to simulated microgravity may be explained by an increased aerodynamic resistance of the airways.

Известно, что в условиях микрогравитации происходит перераспределение жидких сред организма в краниальном направлении. Кровь перемещается от нижних конечностей в брюшную полость и грудную клетку [4], увеличивается кровенаполнение легких [6]. Купол диафрагмы принимает более вытуклую форму, изменяются легочные объемы. Эти структурные и функциональные перестройки, обусловленные гравитационной разгрузкой, могут приводить к изменениям газообменной и вентиляционной функций легких [1; 17; 18; 20]. В практике медицинского обеспечения длительных космических полетов (КП) отмечены случаи появления признаков дыхательного дискомфорта и возникновения заболеваний органов дыхания у отдельных российских космонавтов и американских астронавтов [3; 5].

Применительно к задачам ранней диагностики вентиляционные нарушений в условиях КП большое значение, на наш взгляд, следует придавать методам, позволяющим получать объективную информацию о состоянии проходимости трахеобронхиального дерева. В условиях КП эта задача может быть технически выполнима с помощью разработанной в Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) технологии [9],

основанной на объективном анализе продолжительности дыхательных шумов форсированного выдоха, регистрируемые в области шеи над трахеей обследуемого человека. Данная технология показала высокую диагностическую эффективность в выявлении начальных стадий обструктивных изменений вентиляционной функции легких [12; 14], в том числе у лиц, подвергающихся воздействию экстремальных факторов внешней среды [8; 11; 14]. Согласно нашей рабочей гипотезе изменение конфигурации грудной клетки, легочных объемов, биомеханических свойств легких и дыгха-тельныгх путей в условиях длительные КП может приводить к изменению биомеханики дыхания и акустических характеристик форсированного выдоха. Однако проверке этой гипотезы в реальном КП должна предшествовать предварительная отработка протокола проведения исследований по акустической оценке вентиляционной функции легких в наземных условиях модельного исследования.

Целью настоящего исследования быша оценка вентиляционной функции легких у человека методом акустического анализа продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха (ПТШФВ) в условиях длительного воздействия на организм моделированной невесомости и лунной гравитации.

Пациенты и методы

Исследование проведено на клинической базе ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий» (ФНКЦ) ФМБА России. Научная программа исследования была одобрена Этическим комитетом ФНКЦ ФМБА России. В исследовании приняли участие 11 практически здоровых мужчин-добровольцев, получивших положительное заключение врачебно-экспертной комиссии, ознакомленных с условиями проведения исследования и подписавших информированное согласие на участие в качестве обследуемых лиц ( испытателей) . Средний возраст испытателей составил (Ме; ид; Ьд) 24; 19; 32 года, рост - 175; 173; 181 см, вес — 72; 63; 73 кг (данные представлены как Ме — медиана, ид — верхний и Ьд — нижний квартили).

Испытатели разделены на две группы. Первая группа — «АНОГ»

— в течение 21 суток находилась на постельном режиме с отрицательным углом наклона головы (—6°) по отношению к горизонту. Этот хорошо известный метод антиортоста-тической гипокинезии (АНОГ) использовали для моделирования физиологических эффектов длительной невесомости [10].

Вторая группа — «Селена»

— первые 5 суток также находилась в условиях антиортостатического положения, что моделировало условия пилотируемого полета к Луне в невесомости; на 6-е сутки этих испытателей переводили на постельный режим с положительным углом наклона голо-

Рис. 1. Методика измерения продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха в условиях гипокинезии

вы (+9,6°) по отношению к горизонту. Этот недавно разработанный метод ортостатиче-ской гипокинезии использовали для моделирования физиологических эффектов лунной гравитации [2], величина которой, как известно, в 6 раз меньше, чем на поверхности Земли. В таком положении испытатели группы «Селена» находились на протяжении последующих 16 суток ежедневно с 7 часов утра до 23 часов вечера, а на время ночного сна (с 23 часов до 7 часов) переводились в горизонтальное положение.

Проведению исследований вентиляционной функции предшествовало обучение испытателей корректному выполнению маневра форсированного выдоха (ФВ). Исходные данные регистрировали в положении сидя при завершении периода обучения (фон-1) и за 2 суток до начала гипокинезии (фон-2). В период основного воздействия исследование выполняли в положении АНОГ и/или ортостатической гипокинезии на 3-и, 6-е, 9-е, 14-е, 20-е сутки; в период восстановления на 2-е сутки после окончания исследования в положении сидя.

В качестве акустического метода использовали измерение ПТШФВ с помощью аппаратно-программного комплекса [16]. Дыхательные шумы регистрировались в ла-ринготрахеальной области при ФВ в соответствии с методикой [12; 13] (рис. 1).

Несколько (3—5) попыток с наибольшей продолжительностью шумов записывали в виде стандартных wav-файлов. Записанные сигналы обрабатывали с помощью специализированного программного обеспечения с ав-

Рис. 2. Методика проведения спирометрии в условиях гипокинезии

тематическим вычислением ПТШФВ (Ta) в полосе частот 200—2000 Гц. В процессе исследования анализировали групповую и индивидуальную динамику ПТШФВ ( T ).

В качестве референсного метода использовали спирометрию (рис. 2). Применяли портативный компьютерный спирограф MicroLoop («MicroMedical Ltd.», UK).

Измеряли фактические величины базовых спирометрических показателей: объем форсированного выдоха за первую секунду (OÔBj), жизненную и форсированную жизненную емкость легких (ЖЕЛ, ФЖЕЛ), отношение ОФВуФЖЕЛ, среднюю объемную скорость ФВ на уровне между 25 и 75% ФЖЕЛ (СОС25-75). Эти показатели сравнивали с должными значениями ECCS (1993). Интерпретацию результатов спирометрии проводили в соответствии с рекомендациями ATS/ERS (2005). Регистрацию шумов ФВ и спирометрии проводили раздельно (в последовательных попытках).

Для статистической обработки результатов использовали программу Statistica (StatSoft). Данные в таблицах представлены как Me — медиана, UQ — верхний и LQ — нижний квартили. Для определения значимости групповых и индивидуальных различий применяли непараметрический Т-критерий Вилкоксона и [/-критерий Манна—Уитни. За значимое различие принята величина р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Поскольку на 3-и сутки исследования положение всех испытателей было одинаковым, проведены групповые сравнения акустической ПТШФВ (Ta) и спирометрических показателей по сравнению с фоном-2.

По всем спирометрическим показателям обнаружено статистически значимое снижение (табл. 1), хотя и не выходящее за пределы нормальных значений.

По акустическому параметру Ta выявлена значимая динамика в сторону его удлинения (см. табл. 1) . Следует заметить, что в исходных данных (фон-2) испытателя С-109 по сравнению с фазой обучения (фон-1), последующими сутками исследования и периодом восстановления отмечается «выброс» значения T , который не являет-

ся инструментально-измерительной погрешностью вследствие низкой вариабельности Та по трем попыткам. В этой связи для данного испытателя сравнение значений проводилось с фоном-1.

Далее проанализирована индивидуальная динамика акустической ПТШФВ и спирометрических показателей у испытателей в зависимости от суток исследования. Для этого были построены графики значений Та по суткам в виде диаграмм «ящик с усами» (Ме — медиана, 0%, 0д5%-д0% доверительный интервал), рассчитанные по всем попыткам маневров, выполненных в каждые сутки (рис. 3а).

Спирометрические показатели представлены в виде линейчатого графика зависимости показателей лучшей попытки от суток исследования. Значения показателей представлены в процентах от должной величины (рис. 3б). В качестве значимой динамики показателя Та принято статистически значимое его отклонение (р<0,05) относительно фона-2 для групп «АНОГ» и «Селена», а также относительно величины на 3-и сутки — после изменения условий исследования для группы «Селена». За значимую динамику спирометрических показателей ЖЕЛ и ОФВ1 принимали их изменения относительно фона-2 >12%, для СОС25-75 >30%.

Результаты анализа статистической значимости динамики показателя Т в группе «АНОГ» представлены в таблице 2.

Для испытателя А-106 характерна двухпиковая форма кривой с максимальным увеличением акустического показателя Т на

Таблица 1 Групповые значения Та и спирометрических показателей у испытателей (п=11) на 3-и сутки исследования по сравнению с фоном-2

Показатели Me; LQ; UQ Фон-2 3-и сутки

Т , сек 1,50; 1,13; 2,05** 1,86; 1,32; 2,32*

ЖЕЛ, л 5,44; 5,29; 6,30 5,31; 5,08; 6,11*

ЖЕЛ, % 109; 93; 112 107; 89; 112*

ОФВ,, л 4,68; 4,36; 5,16 4,63; 4,16; 5,01*

ОФВ,, % 113; 101; 117 108; 100; 117*

ОФВ1/ФЖЕЛ, % 82; 78; 92 78; 77; 89*

СОС25—75, л 3,84; 3,58; 5,96 3,48; 3,30; 5,69*

СОС25—75, % 87; 73; 120 79; 64; 113*

Примечания: * р<0,05; ** для испытателя С-109 фон-1.

а) б)

Рис. 3. Изменение показателей испытателя С-107 в ходе исследования:

а) Т, б) спирометрические показатели. 1 - фон-1, 2 - фон-2, 3 - 3-и сутки, 4 - 6-е сутки, 5 - 9-е сутки, 6 - 14-е сутки, 7 - 20-е сутки, 8 - период восстановления

3-и и 20-е сутки и неполным восстановлением. При анализе спирометрических показателей значимых индивидуальных изменений не выявлено. Отмечались тенденция к снижению ЖЕЛ к 3-м суткам, «провисание» кривой графика СОС25—75 от 3-х к 20-м суткам, однако не превышавшие порогов индивидуальной динамики. Из клинических симптомов отмечена заложенность носа с 9-х по 20-е сутки.

У испытателя А-107 наблюдалось увеличение показателя Та с 6-х суток с максимумом на 14-е сутки и последующим неполным восстановлением. По спирометрическим показателям значимых индивидуальных изменений не выявлено. Отмечалась тенденция к снижению скоростных показателей (ОФВ1, СОС25—75) — «провисание» кривой графиков динамики с максимумом к 6—14-м суткам, однако не превышавшее по-

рогов значимой индивидуальной динамики. Из клинических симптомов наблюдались заложенность носа, скудная мокрота в течение всего исследования.

Для испытателя А-108 характерно устойчивое значимое удлинение показателя Т с 3-х по 20-е сутки с последующим полным восстановлением. При анализе спирометрических показателей значимых индивидуальных изменений не выявлено. Из клинических симптомов отмечена заложенность носа на протяжении исследования.

Для испытателя А-109 характерно значимое удлинение Т' на 3-и сутки с последующим отсутствием значимой динамики в процессе исследования. Особенностью его реакции было неполное восстановление со значимым укорочением акустического показателя на 2-е сутки после завершения исследования, вероятно, компенсаторного характе-

Таблица 2 Статистическая значимость (р) индивидуальной динамики акустической продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха (Та) у испытателей группы «АНОГ» по отношению к фону-2 в зависимости от суток исследования

Испытатель Сутки исследования

3-й 6-е 9-е 14-е 20-е Период восстановления

А-106 0,049* 0,275 0,512 0,275 0,049* 0,049*

А-107 0,148 0,020* 0,020* 0,020* 0,020* 0,020*

А-108 0,049* 0,049* 0,033* 0,033* 0,049* 0,723

А-109 0,049* 0,275 0,512 0,275 0,510 0,049*

А-110 0,126 0,479 0,033* 0,077 0,512 0,101

Примечание: * р<0,05.

ра. Индивидуальной динамики спирометрических показателей не выявлено. Из клинических симптомов отмечена легкая заложенность носа на протяжении исследования.

Для испытателя А-110 характерно максимальное удлинение Т' к 9-м суткам с последующим укорочением показателя Т в период восстановления до уровня фона-2. При анализе спирометрических показателей значимых индивидуальных изменений не выявлено. Отмечалась тенденция к снижению скоростных показателей (ОФВ1, СОС25-75) — «провисание» кривой графиков с 9-х по 20-е сутки, хотя и без значимого снижения. Из клинических симптомов отмечены потливость, изжога после еды (гастроэзофагеаль-ный рефлюкс), легкая заложенность носа с 6-х по 9-е сутки. Обращает на себя внимание тот факт, что с 6-х по 20-е сутки существенно увеличивалась вариабельность показателя Та, уменьшившаяся после окончания исследования. Данный испытатель имеет в анамнезе бронхиальную астму в стадии ремиссии. Ранее нами было показано, что у больных бронхиальной астмой по сравнению со здо-

ровыми испытателями внутритестовая вариабельность Та значимо выше [19]. Вероятно, у данного испытателя вследствие влияния условий исследования произошло субклиническое ухудшение бронхиальной проходимости, которое могло быть вызвано как прямым воздействием фактора исследования, так и влиянием обусловленного им гастроэ-зофагеального рефлюкса (6—9-е сутки). Это ухудшение не привело к значимому снижению спирометрических показателей, появлению симптомов обструкции, показатель Та в период восстановления вернулся к исходному уровню.

Результаты анализа статистической значимости динамики показателя Та в группе «Селена» представлены в таблицах 3, 4. Оценивали не только динамику акустического показателя по отношению к фону-2 (табл. 3), но и отклик ПТШФВ (Т ) на перевод испытателей из положения с отрицательным углом наклона головы (—6°) в положение с положительным углом наклона головы (+9,6°) по отношению к горизонту (табл. 4).

Таблица 3 Статистическая значимость (р) индивидуальной динамики акустической продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха (Та) у испытателей группы «Селена» по отношению к фону-2 в зависимости от суток исследования

Испытатель Сутки исследования

3-и 6-е 9-е 14-е 20-е Период восстановления

С-107 0,049* 0,034* 0,034* 0,049* 0,034* 0,723

С-108 0,034* 0,654 0,827 0,157 1,000 0,157

С-109** 0,827 0,275 0,179 0,049* 0,179 0,179

С-110 0,772 0,033* 0,021* 0,033* 0,033* 0,220

С-111 0,083 0,248 0,462 0,563 0,386 0,050

С-112 0,033* 0,033* 0,881 0,033* 0,296 0,101

Примечание: * р<0,05; **для испытателя С-109 сравнение выполнено с фоном-1.

Таблица 4 Статистическая значимость (р) отклика акустической продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха (Та) у испытателей группы «Селена» на перевод в положение с положительным углом наклона головы (по отношению к 3-м суткам) в зависимости от суток исследования

Испытатель Сутки исследования

6-е 9-е 14-е 20-е Период восстановления

С-107 0,033* 0,288 0,512 0,033* 0,033*

С-108 0,033* 0,033* 0,020* 0,083 0,021*

С-109 0,827 0,745 0,126 0,179 0,101

С-110 0,034* 0,020* 0,033* 0,033* 0,086

С-111 0,148 0,014* 0,148 0,043* 0,624

С-112 0,577 0,086 1,000 0,624 0,220

Примечание: * р<0,05.

Для испытателя С-107 характерно значимое удлинение Та к 3-м суткам с последующим сохранением этого эффекта до 20-х суток (см. рис. 3а). На перевод из антио-ртостатического положения в условия орто-статической гипокинезии испытатель отреагировал значимым снижением Та на 6-е сутки с последующим значимым удлинением к 20-м суткам. В период восстановления показатель Та возвращался к исходным значениям. Для индивидуальной динамики спирометрических показателей характерно значимое уменьшение ОФВ1 (АОФВ1=12,1% и —430 мл) на 3-и сутки (см. рис. 3б). Из респираторных симптомов отмечены легкая заложенность носа, редкое покашливание в течение первых 6 суток.

Для испытателя С-108 характерен пик удлинения Та на 3-и сутки. Далее следовало укорочение Т с полным восстановлением. На изменение положения отреагировал значимым укорочением показателя Та. Индивидуальной спирометрической динами -ки не обнаружено. Клинически на 2-е сутки отмечен эпизод тошноты и рвоты на фоне повышенного артериального давления.

При анализе динамики Т испытателя С-109 (см. табл. 3) сравнение проводили с данными Т , зарегистрированными при обучении (фон-1). При этом значимого удлинения показателя Т а не выявлено. Напротив, отмечалось значимое укорочение Т к 14-м суткам. В то же время прямой значимой динамики на перевод в условия ортостатической гипокинезии не установлено. По индивидуальной динамике спирометрических показателей отмечено «провисание» графика СОС25—75 от 3-х к 20-м суткам, хотя и не достигавшее порога значимости. Респираторных симптомов не отмечено.

У испытателя С-110 выявлена устойчивая реакция увеличения Т' в виде значительного удлинения показателя с максимумом на 6-е и 20-е сутки и последующим полным восстановлением (укорочением) до исходного значения после окончания исследования. На перевод в условия ортостатической гипокинезии отреагировал значимым удлинением Та. По спирометрическим показателям также отмечено близкое к значимому снижение ОФВ1 (АОФВ1=11,4% и —510 мл) к 6-м

суткам. Подобные изменения могут быть обусловлены влиянием на дыхательную функцию как условий исследования, так и исходного состояния испытуемого, в анамнезе у которого есть указание на хронический бронхит. Из клинических симптомов наблюдались потливость, гиперемия кожных покровов при выполнении маневра ФВ, эпизоды повышения артериального давления, в том числе в период восстановления.

У испытателя С-111 значимой индивидуальной акустической и спирометрической динамики в течение исследования не обнаружено. На перевод в условия ортостатической гипокинезии отреагировал значимым укорочением Т на 9-е сутки. Клинически отмечалась легкая заложенность носа на протяжении исследования.

У испытателя С-112 для акустической динамики характерно удлинение показателя Та на 3—6-е и затем на 14-е сутки с полным восстановлением. На перевод в условия ортостатической гипокинезии значимо не отреагировал. Для спирометрической динами -ки характерно «провисание» графиков ОФВ1 и СОС25—75 с пиком на 3-и и 6-е сутки, хотя и не достигавшее уровня значимости. Из симптомов отмечена головная боль в течение первых 3 суток.

На основе анализа индивидуальной динамики акустического показателя Т в течение исследования выделены типы реагирования испытателей, представленные в таблице 5.

Всего из 11 испытателей на 3-и сутки воздействия фактора, моделирующего невесомость (АНОГ), выявлено статистически значимое увеличение ПТШФВ (Та). Поскольку Т пропорционально сопротивлению дыхательных путей при ФВ [15], его удлинение при ответе на моделируемую невесомость свидетельствует о росте аэродинамического сопротивления дыхательных путей по группе в целом, что координирует со значимым групповым снижением поток-объемных спирометрических показателей.

Преобладающим типом индивидуальной динамики по форме кривой Т для группы «АНОГ» является треугольный (А-106, А-107, А-109, А-110) с пиком удлинения, приходящимся на разные сутки исследования, вероятно, в зависимости от исходного

Таблица 5 Типы индивидуального реагирования испытателей в группах «АНОГ» и «Селена» на моделирование невесомости и лунной гравитации

№/группа Респираторные симптомы Форма кривой Т а Пик удлинения Т= (сутки) Тип динамики Т= при переводе в ортостаз Тип динимики Т= в период восстановления

А-106 «АНОГ» + Треугольная 20-е — Неполное восстановление со значимым удлинением

А-107 «АНОГ» ++ Треугольная 14-е — Неполное восстановление со значимым удлинением

А-108 «АНОГ» + Трапециевидная С 3-х по 20-е — Полное восстановление

А-109 «АНОГ» + Треугольная 3-и — Неполное восстановление со значимым укорочением

А-110 «АНОГ» + Треугольная 9-е — Полное восстановление

С-107 Селена ++ Трапециевидная С 3-х по 20-е Значимое укорочение на 6-е сутки Полное восстановление

С-108 Селена — Треугольная 3-и Значимое укорочение на 6-е сутки Полное восстановление

С-109 Селена — Уплощенная Значимое укорочение на 14-е сутки Укорочение, не достигавшее значимости, на 14-е сутки Полное восстановление

С-110 Селена — Трапециевидная С 6-х по 20-е Значимое удлинение на 6-е сутки Полное восстановление

С-111 Селена + Уплощенная Без динамики Значимое укорочение на 9-е и 20-е сутки Полное восстановление

С-112 Селена — Трапециевидная С 3-х по 20-е Без значимой динамики Полное восстановление

Примечания: «+» — симптомы со стороны верхних дыхательных путей, «++» — симптомы со стороны верхних и нижних дыхательных путей, «—» — симптомов со стороны дыхательной системы не наблюдалось.

состояния, скорости адаптации и резервных возможностей дыхательной системы испытателей. Обращает на себя внимание тот факт, что для данного типа реагирования преимущественно характерно неполное восстановление с укорочением (у 1 испытателя) и удлинением (у 2 испытателей) показателя T . Трапециевидная форма наблюдалась у 1 испытателя группы «АНОГ» (А-108) со стабильным удлинением T ' в течение всего исследования и полным восстановлением.

Как отмечают V.I. Korenbaum, I.A. Pochekutova [15], преимущественное удлинение T а в процессе исследования свидетельствует о росте аэродинамического сопротивления дыхательных путей, что косвенно подтверждается видом («провисанием») индивидуальных графиков спирометрических показателей ОФВ1 и СОС25 5. Интересно, что у всех испытателей группы «АНОГ» отмечены те или иные респираторные симптомы, видимо, обусловленные влиянием фактора моделируемой невесомости.

Напротив, для группы «Селена» преобладающий тип индивидуальной динамики характеризуется трапециевидной формой кри-

вой Т (С-107, С-110, С-112) с удлинением Та на 3—20-е сутки, причем у испытателей С-107 и С-110 удлинение Т сопровождалось в те же сроки достоверным снижением ОФВ1. У 2 испытателей в группе «Селена» отмечена уплощенная форма кривой динамики Т . У С-111 — без значимой динамики в течение всего исследования. У С-109 наблюдалось значимое укорочение по сравнению с исходным фоном после перевода в условия ортостатической гипокинезии.

При изменении положения тела в результате перевода в условия ортостатической гипокинезии у 3 испытателей наблюдалось значимое укорочение Т ' (С-107, С-108, С-111), еще у 1 испытателя (С-109) — укорочение, не достигшее значимости. У испытателя С-112 значимая динамика отсутствовала, у С-110, напротив, отмечено значимое удлинение Та. Таким образом, большинство испытателей в группе «Селена» отреагировали на перевод в условия ортостатической гипокинезии укорочением Т .

Полное восстановление Т после окон-

а

чания исследования отмечено у всех участников группы «Селена», в отличие от груп-

пы «АНОГ», где оно выявлено только у 2 из 5 испытателей. Кроме того, очевидно ниже встречаемость респираторных симптомов в группе «Селена»: они отмечены только у 2 из 6 добровольцев, в то время как в группе «АНОГ» — у всех 5 участников.

Наиболее часто встречаются респираторные симптомы, указывающие на отек верхних дыхательных путей. В то же время выявленный доминирующий ответ на моделируемую невесомость (АНОГ) в виде удлинения Та, согласно интерпретациям указан-ныгх авторов [15], может свидетельствовать о явлениях отека и в более дистальных дыхательных путях, приводящих к увеличению аэродинамического сопротивления в них при ФВ. Вероятно, этот отек можно связать с перераспределением кровотока ( воздействием факторов исследования). Сказанное подтверждается результатами в группе «Селена», где на перемену положения тела с отрицательного угла наклона головы (—6°) на положительный (+9,6°) большая часть испытателей отреагировали укорочением Т. По-видимому, приподнимание головного конца привело к относительному «оттоку» крови по сравнению с предыдущим положением, повлекшим уменьшение отека и снижение аэродинамического сопротивления дыхатель-ныгх путей [7].

Индивидуальной динамики спирометрических показателей у большинства испытателей (9 из 11 человек) не отмечено, что указывает на недостаточную эффективность использования этого метода для индивидуального контроля вентиляционной функции легких в условиях данного исследования. Акустический метод с использованием оценки ПТШФВ позволил более информативно оценить динамику вентиляционной функции легких у испытателей в условиях данного исследования.

Выводы

1. При моделировании невесомости (анти-ортостатическая гипокинезия) по группе в целом выявлены значимое удлинение акустической продолжительности трахе-альных шумов форсированного выдоха и значимое (в пределах нормальных величин) снижение спирометрических параметров вентиляционной функции легких.

2. Выявлена большая выраженность индивидуальной реакции удлинения продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха в группе антиортоста-тической гипокинезии, чем в группе ортостатической гипокинезии, что связано с более высокой встречаемостью неполного восстановления показателя после исследования и более низкой встречаемостью отсутствия значимой динамики показателя в процессе исследования.

3. При переводе из антиортостатического в ортостатическое положение преобладающей индивидуальной реакцией было укорочение продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха.

4. Удлинение продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха при моделировании невесомости (антиорто-статическая гипокинезия) может быть объяснено ростом аэродинамического сопротивления дыхательных путей.

Исследование выполнено при частичной поддержке НИР № гос. рег. 01201363046 по

Программе фундаментальных научных

исследований государственных академий наук

на 2013-2020 гг.

Литература

1. Баранов В.М. Физиологический анализ возможных причин гипоксемии в невесомости // Физиология человека. 2011. Т. 37. № 4. С. 72-78.

2. Баранов М.В., Катунцев В. П., Шпаков А.В., Баранов В.М. Метод наземного моделирования физиологических эффектов пребывания человека в условиях гипогравитации // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 160. № 9. С. 392-396.

3. Газенко О.Г., Григорьев А.И. Моделирование физиологического действия невесомости: Советско-американский эксперимент // Вестник АН СССР. 1980. № 2. C. 71-75.

4. Газенко О.Г., Григорьев А.И., Егоров А.Д. Реакции организма человека в космическом полете / / Физиологические проблемы невесомости / Ред. О.Г. Газенко, И.И. Касьян. М., 1990. C. 15-48.

5. Гончаров И.Б., Ковачевич И.В., Жернав-ков А.Ф. Заболевания и повреждения, наблюдаемые в реальных космических полетах // Космическая биология и медицина. Т. 4. М.: Наука, 2001. С. 155-164.

6. Григорьев А. И., Егоров А. Д. Феноменология и механизмы изменения основных функций организма человека в невесомости // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1988. № 6. C. 4-17.

7. Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д.. Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. СПб.: Наука, 2013.

8. Дьяченко А. И., Коренбаум В.И., Михайловская А.Н. и др. Динамика продолжительности трахеальных шумов форси -рованного выдоха в условиях изоляции у испытателей - участников программы «Марс-500» // Физиология человека. 2014. Т. 40. № 1. С. 96-100.

9. Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Костив А.Е. и др. Акустическая аппаратура для исследования дыхательных звуков человека / / Приборы и техника эксперимента. 2008. Т. 51. № 2. С. 147-154.

10. Моруков Б.В., Васильева Г.Ю. Исследование физиологических эффектов невесомости на организм человека в условиях антиортоста-тической гипокинезии // Космическая медицина и биология / Под ред. А.И. Григорьева, И.Б. Ушакова. Воронеж: Научная книга, 2013. С. 536-543.

11. Патент РФ 2405429. Способ контроля состояния вентиляционной функции легких человека при неблагоприятных воздействиях / Коренбаум В.И., Почекутова И.А., Тагильцев А.А., Костив А.Е., Кирьянова Е.В., Градобоев В.Н. Опубл. 10.12.2010 г. Бюлл. № 34. ФЧ-2011, ФЧ-Марс.

12. Почекутова И.А. Взаимосвязи дыхательных звуков и биомеханики форсированного выдоха: Дисс. ... д-ра мед. наук. Владивосток, 2011.

13. Почекутова И.А., Горбик Н.М., Кулаков Ю.В. и др. Пересмотр диагностического значения продолжительности тра-

хеальных шумов форсированного выдоха в выявлении бронхиальной обструкции // Практическая медицина. 2011. № 3. C. 110-114.

14. Почекутова И.А., Коренбаум В.И. Акустическая оценка влияния одиночного погружения в водолазном снаряжении закрытого типа на вентиляционную функцию легких // Физиология человека. 2011. Т. 37. № 3. С. 76-82.

15. Korenbaum V.I., Pochekutova I.A. Regression simulation of the dependence of forced expiratory tracheal noises duration on human respiratory system biomechanical parameters // Journal of Biomechanics. 2008. Vol. 41. No. 1. P. 63-68.

16. Korenbaum V.I., Pochekutova I.A., Kos-tiv A.E. et al. Technology of human pulmonary function testing by means of tracheal forced expiratory noises analysis // IFMBE Proceedings. 2013. Vol. 39. P. 2192-2195.

17. Meah M.S., Tsigkopoulos M. The effect of head-up and head-down tilt on lung function // The Journal of Physiology. 2002. Vol. 543. P. 211.

18. Montmerle S., Spaak J., Linnarsson D. Lung function during and after prolonged head-down bed rest // The Journal of Applied Physiology. 2002. Vol. 92, P. 75-83.

19. Pochekutova I., Korenbaum V. Variability and bronchodilator response of tracheal forced expiratory noise time parameters in asthma patients and healthy subjects // Congress of European respiratory society (ERS). September 6-10, 2014. Munich, Germany. Session 217. Poster 1818.

20.Prisk G.K., Fine J.M., Elliot A.R., West J.B. Effect of 6 degrees head-down tilt on cardiopulmonary function: comparison with microgravity // Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2002. Vol. 73. No. 1. P. 8-16.

Контакты:

Малаева Вероника Викторовна,

научный сотрудник ФГБУН Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН, Владивосток, кандидат медицинских наук. Тел. раб.: (423) 237 56 98. E-mail: vrka@mail.ru