Взаимоотношения ритмов транспорта и потребления кислорода в организме человека в норме и при гипоксии (анализ внутрисистемных и межсистемных отношений)

CORRELATION BETWEEN OXYGEN TRANSPORTATION AND CONSUMPTION IN NORMAL STATE AND UNDER HYPOXIA (analysis of intra and intersystem correlation)



Э.А. Бурых
E.A. Burykh
edwb66@mail.ru
старший научный сотрудник лаборатории сравнительных эколого-физиологических исследований ФГБУН института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, кандидат медицинских наук
senior researcher, the laboratory of comparative ecological and physiological research, Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences, PhD in Medicine
г. Санкт-Петербург
St. Petersburg

Ключевые слова:

  • гипоксия
  • вариабельность ритма сердца
  • центральное кровообращение
  • мозговой кровоток
  • потребление кислорода
  • кислородная сатурация крови
  • Keywords:

  • hypoxia
  • heart rhythm variability
  • central blood circulation
  • cerebral blood flow
  • oxygen consumption
  • oxygen blood saturation
  • Актуальность темы исследования обусловлена важностью процессов доставки и потребления кислорода в детерминации ритмов кардиреспираторной системы. Исследованы внутрисистемные и межсистемные взаимоотношения колебаний частоты пульса, скорости центрального кровообращения, скорости мозгового кровотока, потребления кислорода организмом и кислородной сатурации крови в норме и при гипоксическом воздействии – дыхании гипкосической газовой смесью с 8%-м содержанием кислорода (ГГС-8).

    The relevance of the research is determined by the importance of oxygen delivery and consumption for the rhythm of cardiorespiratory system. Intra- and intersystem correlation between oscillations of heart rate (HR), velocity of central blood circulation (CBC) and velocity of cerebral blood flow (CBF), oxygen consumption, oxygen blood saturation is investigated in humans in normal state and under hypoxia – inhalation of hypoxic gas mixture with 8% of oxygen.

    Обзор статьи

    Исследованию вариабельности сердечного ритма (ВСР) в последние десятилетия уделяется огромное внимание [17; 14; 1; 7; 5]. Это определяется довольно высокой информативностью кардиоритма как индикатора функционального состояния организма и относительной простотой его регистрации. Вместе с тем физиологический смысл многих характеристик ВСР остается неясным. Во многом, на наш взгляд, это связано с тем, что их анализ производится в основном в рамках упрощенной модели, где кардиоритм выступает в качестве регулируемого параметра, а те или иные отделы нервной системы осуществляют регулирующие воздействия [1]. Однако очевидно, что сердечный ритм является лишь одним из аспектов деятельности сердечно-сосудистой системы, главной функцией которой является доставка к органам и тканям кислорода и питательных веществ. В свою очередь, потребности организма в последних могут значительно варьировать в связи с уровнем его функциональной активности, в значительной мере предопределяя изменения центрального кровообращения и органного кровотока. В то же время взаимосвязь между изменениями скорости кровообращения организма и мозга и изменениями частоты пульса мало исследована.
    Отклонение напряжения кислорода в крови и тканях от нормальных величин является одним из важнейших факторов регуляции дыхания и кровообращения [3]. Вот почему экспериментальная гипоксия является удобной моделью для исследования взаимоотношений физиологических систем, определяющих транспорт и потребление кислорода в организме.
    В связи с вышеизложенным в задачи данной работы входило: 1) выяснение взаимоотношений между вариабельностью скорости центрального кровообращения, мозгового кровообращения и вариабельностью сердечного ритма; 2) анализ взаимоотношений между изменениями скорости потребления кислорода организмом, с одной стороны, и колебаниями скорости центрального кровообращения и мозгового кровообращения – с другой; 3) оценка роли гипоксического воздействия как фактора, изменяющего динамику потребления кислорода на вариабельность ритмов в работе сердечно-сосудистой системы.
    В исследовании принимали участие 20 практически здоровых испытуемых мужского пола в возрасте от 18 до 40 лет. Гипоксическое воздействие осуществлялось при помощи кислородо-азотной гипоксической газовой смеси с 8%-м содержанием кислорода (ГГС-8). Время экспозиции смеси составляло 25 минут.
    У всех испытуемых одновременно регистрировали реоэнцефалограмму (РЭГ), интегральную реограмму тела по Тищенко 10, электрокардиограмму (ЭКГ) во II стандартном отведении, параметры внешнего дыхания и концентрацию кислорода в выдыхаемом воздухе, уровень кислородной сатурации крови.
    Реоэнцефалограмму и интегральную реограмму тела регистрировали с помощью компьютерного реографа-анализатора (фирма «Diamant», Россия). РЭГ записывали в окципито-мастоидальном и фронто-мастоидальном отведениях слева и справа. Концентрация кислорода в выдыхаемом воздухе и объем выдыхаемого воздуха регистрировались непрерывно с помощью компьютерного анализатора КАД-БШ (разработка Э.А. Бурых и Ю.С. Шадрина, ИЭФБ РАН) с датчиком кислорода KE-25 (фирма «Figaro», Япония) и датчиком объема воздушного потока PK 80150 серии AWM700 (фирма «Honeуwell», США). На основании этих параметров на каждом дыхательном цикле оценивали скорость потребления кислорода организмом. Уровень кислородной сатурации регистрировали при помощи компьютерного пульсоксиметра «Nonin» (США).
    В ЭКГ выделяли RR-интервалы и оценивали длительность каждого кардиоинтервала (ДКИ). Ударный объем кровообращения (УОК) оценивали по М.И. Тищенко [10]. Показателем скорости центрального кровообращения в каждом сердечном цикле служила величина УОК/ДКИ.
    В качестве оценки пульсового кровенаполнения мозга (ПКМ) в каждом сердечном цикле использовали суммарное значение амплитуды реоэнцефалограммы в Омах (АРЭГсумм) по четырем реоэнцефалографическим отведениям (FML, FMR, OML и OMR), отражающим кровенаполнение сосудов мозга в бассейнах левой и правой сонных и позвоночных артерий. В качестве показателя скорости мозгового кровообращения в каждом кардиоцикле использовали отношение АРЭГсумм к длительности кардиоинтервала (Ом/сек). Следует отметить, что оба показателя являются косвенными оценками мозгового кровообращения, требующими определенного пересчета для получения характеристик кровотока мозга в общепринятых единицах (мл /100 г и мл / 100 г / мин.). Однако их колебания прямо пропорциональны колебаниям ударного объема и объемной скорости мозгового кровотока [12]. Поэтому они могут быть использованы при оценке взаимосвязи колебаний кардиоритма и мозговой гемодинамики.

    Список использованной литературы

    1. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. 220 с.
    2. Вальдман А.В. Нейрофармакология центральной регуляции сосудистого тонуса. Л.: Медицина, 1976. 265 с.
    3. Гейманс К., Кордье Д. Дыхательный центр. Л.: Медгиз, 1940. 200 с.
    4. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1972. 317 с.
    5. Котельников С.А., Ноздрачев А.Д., Одинак М.М. [и др.]. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах // Физиология человека. 2002. Т. 28. № 2. С. 130–143.
    6. Мамий В.И. Спектральный анализ и интерпретация спектральных составляющих колебаний ритма сердца // Физиология человека. 2006. Т. 32. № 2. С. 52–60.
    7. Рабочая группа Европейского Кардиологического Общества и Северо-Американского общества стимуляции и электрофизиологии. Вариабельность сердечного ритма. Стандарты измерения, физиологической интерпретации и физиологического использования. СПб.: ИНКАРТ, 2001. 78 с.
    8. Сороко С.И., Бурых Э.А., Бекшаев С.С. [и др.]. Комплексное многопараметрическое исследование системных реакций организма человека при дозированном гипоксическом воздействии // Физиология человека. 2005. Т. 31. № 5. С. 88–102.
    9. Станкус А., Алондерис А. Спектрально-когерентный анализ взаимосвязи между формой пульсовой волны сонной артерии и сердечным ритмом // Физиология человека. 2003. Т. 29. № 3. С. 76–83.
    10. Тищенко М.И., Смирнов А.Д., Данилов Л.Н. [и др.]. Характеристика и клиническое применение интегральной реографии – нового метода измерения ударного объема // Кардиология. 1973. Т. 13. № 10. С. 54–61.
    11. Шеповальников А.Н., Цицерошин М.Н., Апанасионок В.С. Формирование биопотенциального поля мозга человека. Л.: Наука. 1979. 163 c.
    12. Яруллин Х.Х. Клиническая реоэнцефалография. М.: Медицина, 1983. 221 с.
    13. Acierno L.J. Adolph Fick: Mathematician, Physicist, Physiologist // Clin. Cardiol. 2000. Vol. 23. P. 390–398.
    14. Akselrod S., Gordon D., Ubel F.A. Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: a quantitative probe of beat-to-beat cardiovascular control // Science. 1981. Vol. 213(4504). Р. 200–227.
    15. Berne R.M., Levy M.N. Cardiovascular physiology. 3rd edition. St. Louis: C.V. Mosby, 1981. 388 p.
    16. Porter R., Fitzimons D.W. [et al.]. Physiological Basis of Starling’s Law of the Heart. Ciba Foundation Symposium. Amsterdam – New York: Associated Scientific Publishers, 1974. 150 p.
    17. Sayers B. Analysis of heart rate variability // Ergonomics. 1973. Vol. 16. № 1. P. 17–31.

    РФ, Ленинградская область, г. Гатчина, ул. Рощинская, д. 5 к.2