Влияние многосуточной антиортостатической и ортостатической гипокинезии на ортоустойчивость человека

А.Н. Котов, С.Ю. Захаров, Е.А. Руденко, В.М. Баранов

Влияние многосуточной антиортостатической и ортостатической гипокинезии на ортоустойчивость человека

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

A.N. Kotov, S.Yu. Zakharov, E.A. Rudenko, V.M. Baranov

The influence of prolonged head-down and head-up bed rest on orthostatic tolerance in humans

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: антиортостатическая гипоки- Keywords: hypokinesia, head-down bed rest, head-up

незия, ортостатическая гипокинезия, ортопроба. bed rest, orthostatic test.

В статье рассматривается влияние длительной гипокинезии на ортостатическую устойчивость 11 здоровых мужчин в возрасте 19—35 лет. 5 обследуемых 21 сутки находились при моделировании невесомости в условиях антиортостатической гипокинезии с углом наклона —6°. 6обследуемых провели первые 5 суток в условиях антиортостатической гипокинезии и последующие 16 суток в ортоста-тическом положении с углом наклона +9,6°, что соответствует лунной гравитации. Пассивная ортостатическая проба проводилась за 2 суток до начала гипокинезии и в 1-е сутки восстановительного периода. Длительная гипокинезия (антиортостатическая и ортостатическая) значительно снижает ортоустойчивость обследуемых. Случаи развития ортостатической неустойчивости наблюдались значительно чаще после антиортоста-тической гипокинезии.

The paper examines the influence of prolonged hypokinesia on orthostatic tolerance in eleven healthy male subjects aged 19—35 years. Five subjects underwent 21 days of hypokinesia in head-down bed rest (HDBR) position at a —6 degrees angle, simulating microgravity. Six subjects spent the first five days of hypokinesia in a HDBR position and subsequent sixteen days — in head-up bed rest (HUBR) at a +9.6 degrees angle as a supposed analogue of lunar gravity. Passive orthostatic tests were carried out two days before the begining of hypokinesia and on the first day of the recovery period. Prolonged HDBR and HUBR significantly decreased the orthostatic tolerance of subjects. But, the cases of development of orthostatic intolerance in subjects were observed more frequently after antiorthostatic hypokinesia.

Отсутствие силы, действующей на опору во время космического полета, т.е. силы тяжести, вызывает в организме человека ряд физиологических эффектов, которые являются факторами риска развития заболеваний и при длительном их существовании, без коррекции или профилактики могут приводить к неблагоприятным последствиям космических полетов [1].

Существующую систему медицинского обеспечения орбитальных космических полетов специалисты разрабатывали и совершенствовали, активно используя знания, полученные в модельных исследованиях на Земле.

Хорошо известной моделью невесомости, воспроизводящей целый ряд неблагоприятных эффектов, связанных с отсутствием силы тяжести, является многосуточная антиортостатическая гипокинезия (АНОГ) [4-6].

Снижение ортостатической устойчивости космонавтов после космических полетов, а также испытателей после многодневной АНОГ — одно из проявлений неблагоприятного действия невесомости и ее моделей.

Более того, при проведении исследований влияния АНОГ на организм человека проба с ортостатической нагрузкой реко-

мендуется в качестве стандартного теста для оценки функционального состояния [6; 9].

В связи с изложенным при отработке новой модели физиологических эффектов пониженного уровня гравитации, присущего Луне [2], мы использовали ортостатиче-скую пробу для оценки состояния сердечнососудистой системы.

Целью работы было исследовать орто-статическую устойчивость человека до и после моделирования его пребывания в условиях лунной гипогравитации и сравнить ее с результатами переносимости ортостатиче-ской пробы после антиортостатической гипокинезии.

Методика

Сравнительную оценку ортоустойчи-вости провели в двух группах испытателей-добровольцев, прошедших медицинскую комиссию и подписавших информированное согласие. Программа исследований одобрена этическим комитетом при ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий» ФМБА России.

Испытатели 1-й группы, 5 мужчин, находились в течение 21 суток в условиях антиортостатической гипокинезии (с углом наклона головного конца —6°) — группа «АНОГ». Испытатели 2-й группы, 6 мужчин, находились в течение 5 суток в условиях АНОГ (с углом наклона головного конца —6°), а затем в течение 16 суток — в условиях ортостати-ческой гипокинезии (с углом наклона головного конца +9,6°) — группа «Селена». В течение суток угол наклона головного конца изменялся: с 8:00 до 23:00 угол составлял +9,6°, с 23:00 до 8:00 положение было горизонтальным [3].

Определение ортоустойчивости проводили с помощью 20-минутного ортовоздействия с углом наклона +70° (Вестминстерский протокол тилт-теста) [8]. При этом регистрировали артериальное давление систолическое (АДс) и диастолическое (АДд) и ЭКГ в трех отведениях для контроля частоты сердечных сокращений (ЧСС). Кроме этого рассчитывали артериальное давление пульсовое (АДп) и среднее (АДср). После фиксации тела на вертикализа-торе фирмы «НОСОМА» регистрировали фоновые показатели в горизонтальном положении, затем переводили испытателя в вертикальное положение и продолжали регистрацию показателей в 1-ю, 3-ю, 5-ю, 7-ю, 9-ю, 11-ю, 13-ю, 15-ю, 17-ю, 19-ю минуты и на 1-й минуте после перевода в горизонтальное положение.

Ортостатический тест проводили за 2 дня до начала постельного режима и сразу после его окончания.

Результаты исследования и их обсуждение

При проведении фоновой ортопробы все обследуемые в обеих группах перенесли ортонагрузку в полном объеме. Среднее время переносимости теста составило 20 минут. При этом у испытателей полностью отсутствовали какие-либо жалобы во время теста.

После завершения постельного режима среднее время переносимости ортостати-ческой нагрузки отличалось как от фоновых значений, так и между группами.

Параметры, характеризующие функцию сердечно-сосудистой системы в группе «АНОГ», представлены в таблице 1.

Из данных таблицы 1 следует, что до гипокинезии перевод испытателей из горизонтального положения в вертикальное в 1-ю минуту сопровождался незначительным повышением АДс и АДд, величина которого

Таблица 1 Параметры сердечно-сосудистой системы испытателей в группе «АНОГ»

Период измерения Группа «АНОГ» до эксперимента Группа «АНОГ» после эксперимента

АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин

Горизонтальное положение 116±4,6 65,4±4,1 68,8±2,7 128±5 70,5±5,2 79,5±6,9

1-я минута в вертикальном положении 121±7,2 71,4±3,4 91,0±3,3* 116±7,1 68±4,2 118,2±9,1*

Среднее за тест 120,0±1,7 71,7±1,4 100,7±2,0* 115,6±3,2 67,2±2,8 135±4,6*

Горизонтальное положение 127±3,2 67,4±1,2 64,6±2,0 133±4,3 73,2±3,9 70,5±12,7

Примечание: * — при сравнении с фоновой величиной изменение достоверное (р <0,05).

поддерживалась во время всего ортостатиче-ского теста за счет увеличения ЧСС на 46,4% (с 68,8 до 100,7 уд./мин).

После гипокинезии 4 из 5 испытателей группы «АНОГ» не смогли выполнить орто-пробу в полном объеме. Прекращение орто-пробы и перевод испытателей из вертикального положения в горизонтальное происходили с 8-й по 14-ю минуту в связи с появившимися субъективными и объективными признаками приближающегося коллапса.

Среднее время ортопробы у этих испытателей достоверно снизилось и составило 10,5±1,25 минуты. Один испытатель перенес ортостатический тест полностью.

В таблице 1 средняя величина показателей, характеризующих функцию сердечнососудистой системы, после АНОГ представлена без учета показателей испытателя «Ту», перенесшего ортопробу.

Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что перевод обследуемых из горизонтального положения в вертикальное после АНОГ в 1-ю минуту сопровождается снижением АДс и АДд, несмотря на увеличение ЧСС на 48,7% (с 79,5 до 118 уд./мин), во время ортопробы значения АДс и АДд оставались пониженными на уровне 1-й минуты, несмотря на то что ЧСС возрастала до 135 уд./мин (69,8%). Данный факт свидетельствует о снижении функции сердечно-

сосудистой системы и невозможности поддерживать необходимую величину артериального давления в вертикальном положении, что и приводило в конечном счете к прекращению ортопробы. У испытателя «Ту», перенесшего ортопробу в полном объеме, динамика показателей во время ортостатическо-го теста после постельного режима мало отличалась от динамики параметров до гипокинезии (табл. 2), хотя увеличение артериального давления после снижения в 1-ю минуту и поддержание этого уровня во время всей ортопробы достигались более высокой ЧСС.

Если до постельного режима ЧСС во время ортопробы у испытателя «Ту» возрастала с 76 до 110 уд./мин (44,7%), то после постельного режима — с 82 до 136,3 уд./мин (66,2%), что также свидетельствует о снижении функции сердечно-сосудистой системы у данного испытателя в процессе АНОГ, но в меньшей степени, чем у четырех остальных.

Параметры сердечно-сосудистой системы испытателей группы «Селена» представлены в таблице 3.

Характер реакции сердечно-сосудистой системы испытателей группы «Селена» на ортостатическую нагрузку до постельного режима аналогичен характеру реакции испытателей группы «АНОГ» с небольшим отличием в 1-ю минуту.

Таблица 2 Параметры сердечно-сосудистой системы испытателя «Ту» из группы «АНОГ»

Период измерения Испытатель «Ту» до эксперимента Испытатель «Ту» после эксперимента

АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин

Горизонтальное положение 121 76 76 140 76 82

1-я минута в вертикальном положении 110 71 97 123 71 114

Среднее за тест 121,8±1,7 74,7±0,9 110,0±1,7 132,4±2,5 89,4±5,8 136,3±3,8

Горизонтальное положение 134 67 69 145 83 98

Таблица 3 Параметры сердечно-сосудистой системы испытателей в группе «Селена»

Период измерения Группа «Селена» до эксперимента Группа «Селена» после эксперимента

АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин АДс, мм рт. ст. АДд, мм рт. ст. ЧСС, уд./мин

Горизонтальное положение 130,0±1,8 70,6±3,9 73,1±5,2 129,6±4,5 79,8±4,3 79,8±7,6

1-я минута в вертикальном положении 120,0±2,8 79,0±4,2 99,8±3,6* 120,7±4,1 83,5±5,6 110,2±7,3*

Среднее за тест 124,3±1,4 80,5±1,6 105,5±1,2* 124,5±1,1 86,5±1,9 121,2±1,5*

Горизонтальное положение 135,6±3,1 73,8±3,1 69,6±4,2 131,0±4,5 81,8±4,0 78,2±8,8

Примечание: * — при сравнении с фоновой величиной изменение достоверное (р <0,05).

В группе «Селена» АДс в 1-ю минуту снижается, а потом уже поднимается. При этом необходимая для поддержания в вертикальном положении величина артериального давления обеспечивается увеличением ЧСС с 73,1 до 105,5 уд./мин (44,5%).

После постельного режима ортостати-ческую нагрузку выдержали 5 из 6 испытателей группы «Селена». У испытателя «По» ортопроба была прервана на 8-й минуте.

На рисунке 1 представлены параметры сердечно-сосудистой системы испытателя «По» во время отропробы после эксперимента.

В таблице 3 приведены средние значения показателей сердечно-сосудистой системы после постельного режима у 5 испытателей группы «Селена», перенесших ортостати-ческую нагрузку.

Из данных таблицы 3 следует, что динамика параметров сердечно-сосудистой системы при проведении ортопробы после постельного режима полностью соответствует динамике параметров во время ортопробы, предшествующей постельному режиму, хотя следует отметить, что необходимый уровень артериального давления достигался более высокой ЧСС. Если до постельного режима частота пульса увеличивалась на 44,3%, то после — на 51,6%. Правда, эта величина значительно меньше соответствующей величины в группе «АНОГ».

Наиболее наглядно представлена реакция ЧСС у испытателей обеих групп во время ортонагрузки до и после гипокинезии на рисунке 2.

Наблюдавшиеся различия в динами -ке реакции сердечно-сосудистой системы на ортостатическую нагрузку в группах «АНОГ»

Рис. 1. Параметры сердечно-сосудистой системы испытателя «По» во время отропробы после эксперимента

и «Селена», на наш взгляд, можно объяснить различиями протокола проведения постельного режима. Если в группе «АНОГ» испытатели все 3 недели находились в антиортоста-тическом положении с углом наклона головного конца кровати —6°, то в группе «Селена» 1-ю неделю они находились в антиортостати-ческом положении (—6°), а затем 2 недели — в ортостатическом положении (+9,6°) днем (с 8:00 до 23:00) и горизонтальном положении ночью (с 23:00 до 8:00). Таким образом, если АНОГ моделирует эффекты невесомости, а используемая нами модель — физиологические эффекты 1/6 земной силы тяжести, присущей Луне, то, исходя из результатов ортостатической пробы, можно говорить об особенностях влияния гипогравита-ции на сердечно-сосудистую систему по сравнению с невесомостью.

Выводы

1. 21-суточная антиортостатическая гипокинезия с углом наклона —6° без использования средств профилактики вызывает значимое снижение устойчивости к ортостатической нагрузке.

2. 2-недельный постельный режим с перемежающимся в течение суток горизонтальным (8 часов) и ортостатическим (+9,6°) (16 часов) положением после 7-суточной антиортостатической гипокинезии не вызывает значительного снижения ортоста-тической устойчивости.

3. Ортостатическую нагрузку как информативный тест следует и в дальнейшем использовать при проведении исследований

Рис. 2. Частота сердечных сокращений во время ортопробы у испытателей групп «АНОГ» и «Селена» до и после гипокинезии.

Ряд 1 - группа «АНОГ» до эксперимента; Ряд 2 - группа «АНОГ» после эксперимента; Ряд 3 - группа «Селена» до эксперимента; Ряд 4 - группа «Селена» после эксперимента

с моделью физиологических эффектов пониженного уровня гравитации.

Литература

1. Астахов Д.А., Баранов М.В., Панчен-ков Д.Н. Физиологические эффекты микрогравитации как факторы риска заболеваний в космическом полете // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2012. № 2. С. 70-76.

2. Баранов В.М., Шпаков А.В., Кузов-лев О.П., Катунцев В.П., Баранов М.В. Способ моделирования физиологических эффектов пребывания на поверхности планет с пониженным уровнем гравитации (патент № Ш 2529813).

3. 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.

4. Береговкин А.В., Калиниченко В.В. Реакции сердечно-сосудистой системы при 30-суточной имитации невесомости посредством антиортостатической гипокинезии // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1974. № 1. С. 72-77.

5. Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д. Дыхание и ге-

модинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. СПб.: Наука, 2013.

6. Какурин Л. И., Катковский Б. С., Тиш-лер В.А. и др. Обоснование комплекса профилактических средств применительно к задачам полетов орбитальной станции «Салют» // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1978. № 3. С. 20-27.

7. Максимов Л.Г., Домрачева М.В. Изменения центральной и периферической гемодинамики при длительной антиортостати-ческой гипокинезии как модели невесомости // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1976. № 5. С. 52-57.

8. Fitzpatrick A.P., Theodorakis G., Var-das P., Sutton R. Methodology of head-up tilt testing in patients with unexplained syncope // Journal of the American College of Cardiology. 1991. Vol. 17. P. 125-130.

9. Human Research Program Flight Analogs Project Information Package. June 2011.

Контакты:

Котов Александр Николаевич ведущий научный сотрудник,

отдел экспериментальной физиологии НИИ космической медицины ФНКЦ ФМБА России, кандидат медицинских наук. Тел. раб.: (499) 193 64 11. E-mail: spacemedinstitute@yandex.ru