2 курс / Нормальная физиология / Физиологические_основы_жизнедеятельности_человека_в_экстремальных

8.2. Коррекция функционального

состояния человека

при нахождении в условиях гипоксии

Впроцессе профессиональной деятельности состояние гипоксической гипоксии возникает в условиях высокогорья, высотном полете, при создании разрежения в барокамере, дыхании обедненными кислородом газовыми смесями, в плохо вентилируемых помещениях и т.п. Проблема поддержания высокого уровня работоспособности и оптимального функционального состояния человека в условиях гипоксии является центральной во всем комплексе проблем высотной медицины. Наиболее перспективным направлением повышения резистентности организма к гипоксии, наряду с методиками специфической тренировки, является использование фармакологических препаратов и биорегуляторов. Имеющиеся в литературе (Бобков Ю. Г., Виноградов В. М., 1982; Васильев П. В., Белай В. Е., Глод Г. Д., Разумеев А. Н., 1971; Виноградов В. М., Урюпов О. Ю., 1985; Зурдинов А. З., 1991) данные о фармакологических препаратах с антигипоксической активностью позволяют предположить возможность разработки такого средства или рецептуры, которое бы смогло обеспечить поддержание достаточного уровня физической

иумственной работоспособности в условиях гипоксии, препятствовало развитию синдромов дезадаптации и, в то же время, способствовало нормализации сдвигов функционального состояния, вызванных действием экстремального фактора.

Впроведенных исследованиях была изучена динамика показателей функционального состояния молодых здоровых мужчин в возрасте 20– 25 лет при различной выраженности острой гипоксической гипоксии. Гипоксическую гипоксию моделировали в стационарной барокамере, в которой создавали разрежение, соответствующее высотам 3500, 4500, 5000 и 6000 м. Начиная с высоты 3500 м возникает прогрессирующее ухудшение функционального состояния центральной нервной системы, активация функций сердечно-сосудистой системы и внешнего дыхания, усиление катаболических процессов с мобилизацией энергетических ресурсов организма. Наиболее неблагоприятные сдвиги функционального состояния ЦНС выявляются на высоте 6000 м. В частности, в этих условиях латентный период простых зрительно-моторных реакций увеличивается по сравнению с исходным состоянием на 45–50%, показатель психологического комфорта уменьшается на 30–34%, коэффициент мы-

шечной выносливости на 36–40%, у 25% испытателей при проведении клино- и ортостатической проб развиваются признаки преколлаптоидного состояния.

Интегральная оценка функционального состояния ЦНС осуществлялась с использованием фактора операторской работоспособности (ФОР), рассчитываемого по результатам факторного анализа по фор-

муле: Y = –0.73X1 + 0.77X2 – 0.44X3 – 0.54X4, где Y – ФОР, X1 и X3 – латентные периоды простой (ПЗМР) и сложной (СЗМР) зрительно-мо-

торных реакций; X2 – функциональный уровень центральной нервной системы (ФУС); X4 – точность СЗМР. Динамика ФОР показывает, что эффективность операторской работоспособности на высоте 5000 м снижается на 43–48% по сравнению с ее уровнем в условиях нормоксии, а на высоте 6000 м – на 80–86%. Анализ взаимосвязей ФОР с показателями сердечно-сосудистой и респираторной систем при экстремальной гипоксической гипоксии показал, что у испытателей с неудовлетворительным функциональным состоянием ЦНС энерготраты, потребление кислорода, кислородные эффекты дыхательного и сердечного циклов, ЧСС, частота и минутный объем дыхания были существенно ниже соответствующих показателей группы сравнения.

Низкий уровень операторской работоспособности был сопряжен с исходно высокими значениями гомеостатических факторов глюкокортикоидной регуляции клеточного состава крови и преобладания специфических или неспецифических механизмов иммунорезистентности. Снижение уровня операторской работоспособности при гипоксии сопровождалось возрастанием факторов метаболического напряжения, липидного метаболизма, глюкокортикоидной регуляции клеточного состава крови и уменьшением фактора активации антиоксидантной системы.

Фактор метаболического напряжения отражает интенсификацию катаболизма углеводов, процессов глюконеогенеза с угнетением образования конечного продукта белкового обмена – мочевины, гормонозависимое повышение концентрации сывороточного кальция и уменьшение активности щелочной фосфатазы. Сопряженность ухудшения операторской работоспособности со спецификой метаболизма углеводов и белков проявлялась в достоверных связях ФОР с концентрациями в крови лактата (r = –0.54, p < 0.05), пирувата (r = –0.59, p < 0.01), мочевины (r = 0.61, p < 0.01) и активностью аспартатаминотрансферазы (r = –0.53, p < 0.05), а также с содержанием продуктов протеолиза – олигопептидов в плазме (r = –0.47, p < 0.05) и эритроцитах (r = –0.44, p < 0.05). Нарас-

тание лактацидэмии и увеличение содержания креатинина (r = –0.75, p < 0.001) свидетельствуют об интенсивном распаде макроэргов и развитии вторичной тканевой гипоксии.

Таким образом, критическое ухудшение функционального состояния ЦНС при экстремальной гипоксической гипоксии сопряжено с активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, ослаблением функций кислородтранспортных систем и эффективности тканевого дыхания, интенсификацией катаболизма белков, жиров и углеводов, развитием начальных признаков вторичной тканевой гипоксии. Следовательно, раннее развитие нарушений функций ЦНС при гипоксической гипоксии определяется сниженными функциональными резервами кислородтранспортных систем организма и механизмов клеточного дыхания.

Компенсаторная активация функций сердечно-сосудистой системы

сувеличением выраженности гипоксической гипоксии характеризуется возрастанием частоты сердечных сокращений, ударного и минутного объемов кровообращения. Усиливается активирующее влияние симпатического звена вегетативной нервной системы, увеличиваются потребность миокарда в кислороде и показатель детренированности сердца, уменьшаются диастолическое артериальное давление и общее периферическое сопротивление сосудов. На высоте 6000 м, наряду с перечисленными признаками декомпенсации, выявляется ослабление инотропной функции миокарда.

Анализ корреляционных связей интегрального фактора реактивности сердечно-сосудистой системы показал, что у обследованных со сниженной гипоксической резистентностью исходное функциональное состояние характеризовалось напряжением механизмов АОС и снижением функционального потенциала эритроцитов. Ключевая роль в механизмах устойчивости к гипоксии принадлежит фактору функционального потенциала эритроцитов. В структуру этого фактора входят

количество эритроцитов, содержание гемоглобина, гематокрит, и активность эритроцитарной Na+, K+-АТФазы. У испытателей со сниженной

гипоксической резистентностью исходно снижена активности эритроцитарной Na+, K+-АТФазы, что предполагает ограниченность энергетического потенциала клетки. Эта тенденция становится еще более выраженной в условиях экстремальной гипоксической гипоксии.

Анализ факторной структуры метаболического статуса испытателей

вусловиях экстремальной гипоксической гипоксии показал, что наряду

сактивацией катаболизма интенсифицируются функции гипоталамо-

гипофизарно-надпочечниковой системы, возникают неблагоприятные признаки измененного антигенно-структурного гомеостаза и дисбаланса энергопродуцирующих систем клетки. Характерные для максимального напряжения защитных систем организма нейтрофильный лейкоцитоз и лимфопения сопровождаются ингибицией функций фагоцитирующих клеток и активности сукцинатдегидрогеназы лимфоцитов, критическим угнетением аэробного и уменьшением скорости анаэробного катаболизма углеводов с накоплением во внутренней среде пирувата. Исключительное значение имеет факт существенного возрастания интенсивности процессов программированной клеточной гибели. По нашим данным, содержание лимфоцитов с морфологическими признаками апоптоза в первые 1–1.5 ч пребывания на высоте 6000 м увеличивается на 44–47%.

Неблагоприятным в оценке развития экстремальной гипоксической гипоксии следует считать прогрессирующее накопление в клетке промежуточных продуктов катаболизма. К ним, в частности, относятся метаболиты низкой и средней молекулярной массы и олигопептиды (Малахова М. Я., 1995), определяемые нами в плазме крови и эритроцитах. За этими метаболитами укрепилось название маркеров эндогенной интоксикации. В нашем исследовании ухудшение гипоксической резистентности было связано с накоплением в эритроцитах молекул малой

исредней массы (r = 0.52, p < 0.05), олигопептидов в плазме (r = 0.43, p < 0.05), увеличением индексов интоксикации (r = 0.47, p < 0.05). Исходная интенсивность процессов протеолиза и, соответственно, фоновый уровень этих молекул у неустойчивых к гипоксии испытателей был

несколько ниже. Поскольку исходный энергетический потенциал клетки, определяемый по активности энергозависимой Na+, K+-АТФазы (Казеннов А. М., Маслова М. Н., Шалабодов А. Д., 1984), у этих лиц был также снижен, можно полагать, что в основе ограниченной активности протеолитических процессов лежит низкая активность метаболизма. Действие пониженного парциального давления кислорода инициировало у этих испытателей усиление протеолиза, которое может потенцироваться продуктами перекисного окисления липидов.

Полученные данные позволяют заключить, что существует, как минимум, два механизма развития экстремальной гипоксической гипоксии. Для одного варианта острой гипоксии locus minoris resistentia является ЦНС. Угнетение функций нейронов сочетается с уменьшением уровня функционирования кислородотранспортных систем организма

иэнергетического потенциала клетки. Для этого варианта острой гипоксической гипоксии основными неблагоприятными проявлениями

нарушений гомеостаза являются прогрессирующее ухудшение функционального состояния ЦНС и развитие вторичной тканевой гипоксии. Второй вариант развития острой гипоксической гипоксии реализуется у лиц с удовлетворительным функциональным состоянием ЦНС и повышенной реактивностью сердечно-сосудистой системы. Ведущими признаками экстремальности у этих испытателей является системное вовлечение в реакцию всей иерархии механизмов сохранения гомеостаза с развитием сопряженных синдромокомплексов дефицита функционального потенциала эндокринной системы, эндогенной интоксикации, истощения функциональных ресурсов антиоксидантной системы, нарушений антигенно-структурного гомеостаза и энергетического дисбаланса.

На коррекцию именно этих синдромов и должно быть направлено действие разрабатываемых средств коррекции функций организма в условиях экстремальной гипоксии. Так, сохранение потенциала системы нейроэндокринной регуляции может быть достигнуто применением ноотропов, актопротекторов, пептидных биорегуляторов. Снижение уровня эндогенной интоксикации может быть достигнуто применением актопротекторов, антиоксидантов, блокаторов кальциевых каналов. Расширение функциональных резервов антиоксидантной системы достигается применением антиоксидантов, антигипоксантов, актопротекторов, витаминов, микроэлементов. Для профилактики нарушений антигенно-структурного гомеостаза могут применяться пептидные биорегуляторы, иммуномодуляторы. С целью поддержания оптимального уровня энергетических процессов в клетках могут использоваться антигипоксанты, актопротекторы, ноотропы, метаболические субстраты и кофакторы. Следовательно, поиск и разработка наиболее перспективных средств коррекции функций организма в условиях гипоксии должен проводиться среди представителей фармакологических классов ноотропов, актопротекторов, антигипоксантов, пептидных биорегуляторов, а в качестве дополнительных, потенцирующих средств – антиоксидантов, метаболических субстратов и кофакторов.

8.3. Коррекция функционального состояния человека

при нахождении в условиях высоких температур

С целью обоснованного выбора эффективных средств повышения резистентности организма к гипертермии исследовано влияние высокой температуры внешней среды на основные показатели обменных процессов. В экспериментах на животных исследовались механизмы

развития экстремальной и критической гипертермии (температура воздуха +40 °С и влажность 35–40%). Установлено, что даже часового воздействия высокой температуры достаточно для выявления её влияния на основные виды обменных процессов. Все показатели белкового обмена имеют тенденцию к снижению, так же, как и активность ферментов, что в сочетании со сниженными уровнями мочевины и креатинина свидетельствует о резком нарушении протеинсинтетических реакций в условиях гипертермии. Увеличение уровня глюкозы свидетельствует о стрессовой активации гликогенолиза и торможении гликогенсинтетических реакций, а тенденция к снижению уровня триглицеридов – о более интенсивном окислении липидов, что в условиях гипертермии особенно целесообразно, так как ведет к эндогенному образованию воды.

Исследование механизмов резистентности здоровых добровольцев к гипертермии выполнено в климатическом комплексе, в котором поддерживались следующие параметры: температура воздуха + 45 °С, влажность и скорость движения воздуха 95% и 0.5 м/с. Испытатели – 30 практически здоровых мужчин в возрасте 20–25 лет – после исследования функционального состояния и работоспособности в термокомфортных условиях обследовались в условиях экстремального теплового воздействия в климатическом комплексе, где в соответствие с циклограммой выполняли различные тесты.

В результате воздействия нагревающего микроклимата ректальная температура испытателей увеличивалась более чем на 2 °С и в течении 70 мин достигала 39.35±0.08 °С. Реактивная тревожность увеличивалась на 55%, уровень психологического комфорта снижался на 26%. Тест «реакция на движущийся объект» выявил нарастание тормозных процессов в ЦНС. Индекс ортостатической неустойчивости увеличивался более чем в 4 раза, частота сердечных сокращений в условиях относительного покоя и при дозированной физической нагрузке в среднем на 40 и 60 уд. /мин соответственно. Систолическое артериальное давление в покое не менялось, но при нагрузке его прирост был существенно ниже (на 30 мм рт.ст.), чем в термокомфортных условиях. Минутный объем кровообращения в покое увеличивался на 94%. Вегетативный индекс Кердо отражал резкую активацию симпатической нервной системы. Концентрация кортизола в крови возрастала в 2.5 раза, а экскреция с мочой 17-ОКС на 35%, содержание концентрация креатинина и глюкозы – соответственно на 19 и 13%. В среднем на 6% снижался уровень общего белка и альбуминов крови. Активность супероксиддисмутазы уменьшалась на 12% при практически не изменяющемся содержании МДА.

376Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях

Врезультате факторного анализа был выделен интегральный индекс – фактор термонеустойчивости, определяющий специфику переносимости теплового воздействия. Для термонеустойчивых испытателей в условиях перегревания было характерно повышение тонуса симпатической нервной системы, скорости теплового роста ЧСС, неуравновешенность процессов возбуждения и торможения в ЦНС, высокие значения вегетативного коэффициента теста Люшера, скорости нарастания теплового напряжения и избыточное потоотделение. Интенсивные влагопотери, вероятно, являются одной из причин сниженной экскреции почками продуктов белкового катаболизма (общего азота и креатинина). Вместе с тем, уменьшение выведения этих метаболитов свидетельствует о низкой эффективности катаболизма белков вследствие либо истощения белковых резервов, либо ингибиции протеолиз-индуцирующих систем организма (Козлов Н. Б., 1990). Кроме того, выявленная прямая связь тепловой неустойчивости с концентрацией пирувата и опосредованная с уровнем лактата отражает недостаточность кислородзависимого и активацию анаэробного катаболизма углеводов. Для лиц со сниженной тепловой резистентностью характерны также гипервентиляция и тахикардия в условиях относительного покоя, повышенное потребление миокардом кислорода при выполнении физической работы.

Термонеустойчивость связана с недостаточной активацией эндокринной системы организма, поскольку у неустойчивых испытателей концентрация кортизола увеличилась на 169%, в то время как у устойчивых на 318%. Уровень инсулина в группе термонеустойчивых лиц также был несколько ниже, чем у термоустойчивых. Необходимо отметить, что у нескольких испытателей с резко сниженной резистентностью к гипертермии наблюдалось падение уровня инсулина в крови, в то время как у остальных его незначительное повышение. Выявленные у неустойчивых к гипертермии испытателей особенности эндокринной регуляции свидетельствуют о неадекватной мобилизации энергетических ресурсов организма и недостаточном потреблении их тканями. Нарастание тепловой неустойчивости также связано с недостаточностью антиоксидантной системы, о чем свидетельствует непосредственная корреляция с концентрацией церулоплазмина и опосредованная с уровнем СОД.

Вгруппе термоустойчивых испытателей более существенное влияние на резистентность организма оказывают процессы белкового катаболизма. В частности, выявлена корреляционная связь фактора термонеустойчивости с уровнем мочевины крови (r = +0.75, p = 0.02), т. е. для термоустойчивых лиц при гипертермии характерны более низкие

значения мочевины крови, а, следовательно, и более адекватный баланс между процессами катаболизма и протеинсинтеза.

Основной вывод, следующий из представленных данных, состоит в том, что низкая резистентность к экзогенной тепловой нагрузке определяется высоким темпом теплонакопления, обусловленном сниженными функциональными резервами механизмов терморегуляции. При этом, характерное для неустойчивых лиц значительное напряжение функций сердечно-сосудистой системы сопряжено с ограничением уровня функционирования нейроэндокринной системы и развитием тканевой гипоксии. Повышение термоустойчивости человека может быть достигнуто за счет снижения интенсивности анаэробного гликолиза (улучшение утилизации пирувата, снижение уровня лактата крови), повышения активности антиоксидантной системы (повышение активности СОД, снижение влияния МДА на обменные процессы), оптимизации нейроэндокринной регуляции (снижение фонового уровня кортизола в термокомфортных условиях и поддержание его более высокого уровня в условиях гипертермии, поддержание оптимального уровня инсулина), снижения выраженности катаболических реакций и стимуляции анаболизма (снижение креатинина и общего азота в моче, повышение общего белка в крови у лиц с признаками гипопротеинемии, повышение активности ферментов синтеза белков). Эти эффекты могут быть достигнуты при применении антигипоксанта амтизола (снижение уровня анаэробного гликолиза и лактата в крови), сочетанного использования витаминных препаратов (утилизация пирувата, лактата, антиоксидантный эффект, обеспечение пластического обмена необходимыми кофакторами), совместного применения пирацетама с бемитилом (оптимизация нейроэндокринной регуляции, нейропротекторное действие, улучшение утилизации кислорода в реакциях энергетического обмена и усиление ресинтеза АТФ, стимуляция синтеза ферментов пластического обмена и антиоксидантной защиты, антикатаболический эффект и усиление процессов анаболизма). Именно эти препараты, исходя из известных механизмов их действия, могут быть перспективными для повышения резистентности человека к гипертермии и оптимизации функционального состояния и работоспособности при воздействии нагревающего микроклимата.

8.4.Коррекция состояний организма человека

вусловиях низких температур

Исследование выполнено с участием 72 здоровых добровольцев мужчин в возрасте от 18 до 24 лет. После регистрации фоновых показателей испытатели в одежде с пониженной теплозащитой (1 Кло) размещались в климатическом комплексе, в котором поддерживалась температура воздуха минус 15 °С, влажность 65–80 %, скорость ветра 0.5 м/с. Испытатели находились в комплексе в положении сидя, воздерживаясь от физической активности вне периода выполнения тестовых заданий. Каждые 15 мин проводился опрос о самочувствии и холодовом дискомфорте. При снижении ректальной температуры на 1 °С испытатели выполняли психофизиологические и психологические тесты, затем регистрировалась электрокардиограмма в D-S отведении, минутный объем дыхания и артериальное давление крови в условиях относительного покоя, проводились пробы на задержку дыхания на вдохе и выдохе, кистевая электродинамометрия, после чего осуществлялась двухступенчатая велоэргометрическая проба с регистрацией ЭКГ, легочной вентиляции и АД. После завершения велоэргометрии испытатели повторно выполняли методики оценки субъективного состояния.

Время пребывания испытателей в условиях холодового воздействия колебалось от 125 до 160 мин, средняя температура тела и средневзвешенная температура кожи (Кощеев В. С., 1981) уменьшались по сравнению с термокомфортными условиями, соответственно, на 9–11 и 15–20%, дистальный температурный градиент непосредственно после окончания испытания достигал 10–13 °С. Анализ индивидуальных кривых ректальной температуры позволил вычленить две фазы динамики теплового состояния. Первая фаза, длящаяся 40–60 мин, характеризовалась кратковременным подъемом или удержанием температуры на исходном уровне. Во второй фазе происходило быстрое, практически линейное ее снижение.

Пребывание в условиях охлаждения в течение 90 мин вызывало у испытуемых в состоянии покоя активацию теплопродукции по сравнению с фоновыми показателями примерно в три раза. При выполнении велоэргометрии в условиях холода газоэнергообмен в среднем в 1.2 раза превышал соответствующие показатели, зарегистрированные при физической нагрузке в термокомфортных условиях. В результате охлаждения у испытателей в состоянии покоя происходило увеличение частоты и минутного объема дыхания, систолического АД, ЧСС, индекса Робин-

сона. Эти изменения отражали интенсификацию обменных процессов, вследствие чего закономерно уменьшалось время задержки дыхания как на вдохе, так и на выдохе. При проведении дозированной физической нагрузки физиологические реакции менялись уже не столь однородно. Анализ ритма сердца методом вариационной пульсометрии выявил у всех испытателей существенное повышение индекса напряжения в состоянии относительного покоя. При функциональных пробах с физической нагрузкой в условиях гипотермии значения этого индекса были существенно ниже фоновых. Следовательно, функциональные пробы при гипотермии выявляют снижение уровня функционирования сер- дечно-сосудистой и респираторной систем, отражающее ингибирующее влияние холода на обменные процессы.

Динамика показателей самооценки и функционального состояния ЦНС отражала выраженное нервно-эмоциональное напряжение, нарастающее торможение в ЦНС и ухудшение операторской работоспособности.

При гипотермии существенно изменялись биохимические и иммунологические показатели. В частности, концентрация сывороточного кортизола и кортизол-инсулиновый коэффициент увеличились соответственно на 135±13 нмоль/л (p < 0.01) и 19.9±4.8 отн.ед. (p < 0.01) при снижении уровня инсулина на 33 % (p < 0.01). Наряду с увеличением содержания восстановленного глутатиона снижалась активность СОД, что может быть связано с холодовой ингибицией скорости ферментативных реакций. Тенденция к уменьшению концентрации лактата сыворотки и достоверное снижение содержания пирувата сопровождались увеличением лактат-пируватного коэффициента. Выявлено угнетение активности Na+, K+-АТФаз эритроцитарных мембран.

Динамика значений интегральных биохимических факторов характеризовалась уменьшением показателей факторов активации АОС и увеличением уровня факторов кортизолемии, эндогенной и эритроцитарной интоксикации. Фактор активации АОС отражает напряжение ферментативных механизмов антиоксидантной защиты организма. Низкие значения фактора сопряжены с угнетением активности СОД и повышением содержания восстановленного глутатиона. Последнее может быть связано с уменьшением активности глутатионпероксидазы. Выявленные изменения свидетельствуют о вызванной холодом ингибиции ферментов АОС. Об этом же свидетельствует угнетение на 10–14% активности эритроцитарных Na+, K+-АТФаз и СОД, отмечаемое при среднем снижении температуры ядра тела на 1.3–1.5 °С.