Методика и материал

ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО
РИТМА НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ АДАПТАЦИИ ЧЕЛОВЕКА К
УСЛОВИЯМ ДЛИТЕЛЬНОЙ НЕВЕСОМОСТИ
Р.М. Баевский, Ж.В. Барсукова, А.Г. Черникова
Государственный Научный Центр РФ – Институт Медико-Биологических
Проблем РАН
Стр.23-29
Введение
Как известно, адаптация организма человека к условиям длительной невесомости
является сложным многоступенчатым процессом. Большинство исследователей выделяют
три периода адаптации: острый, переходный (неустойчивая адаптация) и относительно
устойчивый период адаптации (1) Острый период начинается сразу же после выхода
транспортного корабля на орбиту и продолжается от нескольких дней до 2-3-х недель.
Период неустойчивой адаптации продолжается от 1 до 3-х месяцев. Обычно после 3-х
месячного пребывания в невесомости формируются новые регуляторные механизмы,
обеспечивающие относительно устойчивую адаптацию к новым условиям. Для практики
медицинского контроля и прогнозирования функционального состояния членов экипажа
важное значение имеет информация о степени адаптации организма к условиям невесомости,
поскольку дополнительные стрессовые нагрузки в остром и переходном периодах адаптации
увеличивают риск развития патологических состояний. Для получения такой информации в
космической медицине широко используются исследования сердечно-сосудистой системы ,
которая рассматривается как индикатор адаптационных реакций всего организма (2).
Многолетние исследования показали высокую информативность методов анализа
вариабельности сердечного ритма (ВСР) для оценки вегетативного баланса и степени
напряжения регуляторных систем на разных этапах космического полета (2,3). . В последние
годы все в большей мере подтверждается гипотеза о важной роли активации высших
вегетативных центров в процессах адаптации к длительному действию невесомости (3). При
этом
высшие
вегетативные
центры
как
уровень
межсистемной
координации
физиологических функций, активно включаются в процесс управления, только тогда, когда
автономное
управление
недостаточным для
сердечно-сосудистого
на
уровне
внутрисистемного
взаимодействия
оказывается
сохранения устойчивости объекта управления ( в данном случае
гомеостаза).
Это
частный
случай
общебиологической
закономерности, рассматривающей три уровня управления в живых системах: 1) уровень
контроля, когда высшие контуры
управления лишь контролируют работу низших; 2)
уровень регуляции, когда высшие контуры
корректируют работу низших ; 3) уровень
управления, когда высшие контуры берут на себя управление, вследствие неспособности
низших контуров выполнить свои задачи (4).
В данной работе сделана попытка использовать данные о вариабельности сердечного
ритма для моделирования взаимодействия контуров управления ритмом сердца на разных
этапах длительного космического полета. При этом в качестве индикатора активности
высших вегетативных центров рассматриваются медленноволновые компоненты спектра
вариабельности сердечного ритма, что соответствует современным представлениям о их
генезе, об их связи с энергетическими и метаболическими процессами в организме(5).
Методика и материал
Анализировались материалы базы данных по вариабельности сердечного ритма,
сформированной по результатам 10-летних исследований на О.С. «Мир». Использовались
данные, полученные
в условиях относительного покоя во время сеансов медицинского
контроля на разных этапах космического полета.
Все записи были сделаны с
использованием телеметрического канала связи. Длительность каждой записи составляла не
менее 5-7 минут. Анализ проводился в 5-минутных сегментах записей с усреднением
результатов по нескольким сегментам, если запись была более продолжительной.
Анализ динамических рядов кардиоинтервалов проводился с помощью программы
«Контроль», обеспечивающей вычисление всех основных, общепринятых показателей
вариабельности сердечного ритма (6,7), включая получившие широкое распространение в
России показатели ПАРС (показатель активности
напряжения регуляторных систем).. При
регуляторных систем) и Ин ( индекс
спектральном анализе диапазон частот для
медленных волн 2-го порядка (Very Low Frequency-VLF) ограничивался до 0,015 гц ( 66 с.) в
отличие от 0,003 гц ( 330 с.), согласно Евро-Американским рекомендациям (7).
При анализе данных они группировались по срокам космического полета таким
образом, чтобы выделить различные этапы адаптации организма к условиям невесомости.
Острый период адаптации--срок полета до 20 суток; период неустойчивой адаптации
–
пребывание в невесомости от 20 до 120 дней; период относительно устойчивой адаптации записи , полученные в сроки полета свыше 120 суток.
При статистической обработке использовался пакет программ BMDP. Достоверность
различий между показателями определялась по критерию Стьюдента. Для математического
моделирования
процессов
дискриминантный анализ.
адаптации
на
разных
этапах
полета
использовался
Результаты исследований и их обсуждение.
В таблице 1 представлены средние значения 10 показателей вариабельности
сердечного ритма на 3-х этапах космического полета. Кроме того, вычислялись
относительные значения показателей спектрального анализа и мода (Мо), которые в таблице
не представлены, поскольку их динамика не отличается от изменений соответственно
абсолютных значений спектра и частоты пульса. Из таблицы видно, что
имеются
закономерные статистически достоверные различия между отдельными показателями на
различных этапах полета.. По сравнению с периодом острой адаптации в периоде
неустойчивой адаптации статистически достоверно растут частота пульса и индекс
напряжения, уменьшается вариационные размах, снижается абсолютная мощность спектра
МВ-2. Эти изменения указывают на усиление тонуса симпатического отдела вегетативной
нервной системы на фоне уменьшения активации ее энерго-метаболического звена.
В более длительные сроки полета в периоде относительно устойчивой адаптации эти
изменения сохраняются, но к ним добавляются снижение pNN50 и
относительной мощности ДВ,, снижение СКО,
абсолютной и
рост ПАРС и индекса централизации.
Подобная картина может трактоваться как активация подкоркового сердечно-сосудистого
центра, включая его кардиостимулирующий и вазомоторный отделы (8). Таким образом,
речь может идти о формировании нового механизма поддержания сердечно-сосудистого
гомеостаза в условиях длительной невесомости. Отличительными чертами этого нового
механизма являются доминирование внутрисистемного уровня регуляции кровообращения
при отчетливом смещении вегетативного баланса в сторону симпатического звена.
Выявленные нами статистически достоверные различия между показателями
вариабельности сердечного ритма на разных этапах полета позволяют дать оценку
качественным особенностям работы регуляторных механизмов. Для того, чтобы дать им
количественную оценку мы использовали метод математического моделирования на основе
дискиминантного анализа.. Этот метод позволяет выбрать ключевые показатели, наиболее
информативно описывающие различия между реакциями организма на разных этапах
адаптации к условиям невесомости.
В результате проведенных исследований были
получены следующие уравнения дискриминантной функции:
L1 = 4,3*Mo + 0,2*IARS + 15,7*VLFr – 5,8;
L2 = 3,5*Mo –0,7*IARS +0,5*VLFr –2,2.
В этих уравнениях показатели
переменные,
характеризующие
стандартизованных значений
разные
этих
L1 и
L2 представляют собой канонические
стороны
показателей
процесса
адаптации.
Исходя
(см. таблицу 2), где представлен
относительный «вес» каждого из показателей, каноническая переменная L1
влиянием
на
сердечно-сосудистый
гомеостаз
из
межсистемного
уровня
связана с
регуляции
и
определяется в основном энергометаболическими потребностями организма поскольку в
ней наиболее высокий вес имеет показатель VLFr (относительное значение очень
низкочастотных
колебаний
сердечного
ритма).
Каноническая
переменная
L2,
характеризуется доминированием в ней показателя ПАРС. Это указывает на связь сердечнососудистого гомеостаза с
общей активностью регуляторных систем, т.е отражает
внутрисистемный уровень регуляции кровообращения.
На рис. 1
представлены диаграммы отношений L1 и
L2 на разных этапах
космического полета. В период острой адаптации доминирует показатель L1, что, повидимому, обусловлено процессами перенастройки регуляторных механизмов на новый
уровень
энерго-метаболического
обеспечения,
адекватный
новым
условиям.(5).
В
переходном периоде неустойчивой адаптации активность регуляторных механизмов
минимизирована, происходит активный поиск нового уровня устойчивости сердечнососудистого гомеостаза. В периоде относительно устойчивой адаптации наблюдается
автономизация внутрисистемного уровня регуляции при минимальном (контролирующем)
влиянии на процессы адаптации
межсистемного уровня управления. Отрицательные
значения показателя L2 на этапе относительно устойчивой адаптации ( при сроках полета
более 120 дней) означают, что рост ПАРС сочетается со снижением Мо и это характеризует
повышенную активность симпатического звена регуляции с соответственным повышением
энергометаболических затрат, что требует контроля со стороны более высоких уровней
управления.
Заключение
Математическое моделирование процесса адаптации на основе использования
показателей вариабельности сердечного ритма позволило количественно охарактеризовать
внутри- и межсистемные механизмы сохранения сердечно-сосудистого гомеостаза в
условиях длительного космического полета. В периоде острой адаптации к условиям
невесомости ( до 30 дней), когда идет активное формирование новой функциональной
системы, адекватной новым условиям окружающей среды, доминирующую роль играют
механизмы межсистемной регуляции. Это обусловлено необходимостью поиска баланса
между многими системами организма, установления нового уровня функционирования
сердечно-сосудистой системы, в условиях перераспределения крови в верхние отделы тела и
снижения энерготрат. В периоде неустойчивой адаптации, когда происходит
активация
компенсаторных реакций, направленных на создание устойчивых функциональных
взаимосвязей внутри организма и между организмом и
механизмов как межсистемной, так
средой, возникает напряжение
и внутрисистемной регуляции, без существенного
преобладания одних уровней регуляции над другими. Однако,
когда достигается
относительно устойчивая адаптация организма к условиям длительного космического полета
( обычно на 3-4-м месяцах пребывания в
условиях невесомости) формируется новая
функциональная структура регуляторных механизмов. Она характеризуется относительной
автономизацией
внутрисистемной
регуляции,
направленной
на
поддержание
установившегося нового уровня сердечно-сосудистого гомеостаза. Вместе с тем и на
межсистемном уровне регуляции активируются механизмы контроля, что вполне оправдано
из-за относительной неустойчивости вновь сложившихся взаимосвязей.
Важно отметить, что все эти сложные процессы взаимодействия внутрисистемных и
межсистемных механизмов регуляции кровообращения могут контролироваться с помощью
относительно несложных методов анализа вариабельности сердечного ритма. Рассмотренная
выше математическая модель регуляции сердечного ритма, в которой важное место
занимают показатели, отражающие медленноволновые компоненты спектра, позволяет
объективно оценивать течение адаптационного процесса при длительном действии
невесомости. Это открывает новые возможности как для совершенствования системы
медицинского контроля за космонавтами, так и для углубления наших знаний о механизмах
адаптации человека к новым необычным условиям.
Таблица 1
Изменения основных показателей вариабельности сердечного ритма на разных этапах
длительного космического полета (M  m).
Показатели
ВСР
Частота
пульса, уд\
мин.
До 30 дней
30 - 120 дней
61,81,6
66,90,7*
Более 120
дней
67,41,4*
Среднее
квадратичное
отклонение,
мс.
Вариационны
й размах, мс..
Индекс
напряжения,
усл.ед..
pNN50. %
65,13,2
60,21,4
57,72,3*
317,61,6
293,76.0*
279,38,0*
62,67,3
81,84,5*
91,89,7*
16,42,2
13,20,8
10,10,9*
Индекс
централизаци
и, усл.ед.
ПАРС, баллы
9,11,13
7,60,54
9,50,84**
1,770,19
1,510,09
1,880,12**
ДВ, мс-2
37050
39020
28030* **
МВ-1, мс-2
980120
99050
93070
МВ-2, мс-2
1390190
98050*
91070*
Таблица 2
Относительный «вес» различных показателей в канонических переменных L1 и L2
(стандартизованные коэффициенты дискриминантной функции)
Показатели ВСР
Mo
ПАРС
МВ-2, относительное
значение
L1
L2
0,60
0,25
0,65
0,49
-0,92
0,02
0,8
0,6
0,4
L1
L2
0,2
0
-0,2
<30d
30-120 d
>120 d
-0,4
Рис. 1. Значения канонических переменных L1 и L2
на разных этапах космического полета
Литература
1.
2.
3.
Григорьев А.И., Егоров А.Д. Механизмы формирования гомеостаза при длительном
пребывании в условиях микрогравитации. Авиакосмическая и экологическая медицина,
1998, 6, с.20-26
Парин В.В., Баевский Р.М., Волков Ю.Н., Газенко О.Г. Космическая кардиология. Л.,
Медицина, 1967, 158 с.
Baevsky R.M., Moser M., Nikulina G.A., Polyakov V.V., Funtova I.I., Chernikova A.G.
Autonomic Regulation of circulation and cardiac contractility during a 14-month space flight //.
Acta Astronautica, 1998, 42, №1-8, P. 159.
4.
5.
6.
7.
8.
Парин В.В., Баевский Р.М. Введение в медицинскую кибернетику. М., Медицина, 1966,
285 с.
Флейшман А.Н. Медленные колебания гемодинамики. Новокузнецк, 1990, 264 с.
Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений
сердечного ритма при стрессе. М., Наука, 1984, 225 с.
Heart Rate variability, . Standards of Mesurement, Physioligical Interpretation and Clinical
Use. Circulation, 1996, 93:1043-1065).
Фолков Б., Нил Э. Кровообращение, М., Медицина. 1983, 456 с.