Особливості адаптації організму людини до гіпербарії залежно від типу вегетативного гомеостазу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук україни

Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Особливості адаптації організму людини до гіпербарії залежно від типу вегетативного гомеостазу

Ільїн Володимир Миколайович

Київ - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізіології ім. О.О. Богомольця Національної Aкадемії наук України

Науковий консультант:

доктор медичних наук, професор Гуляр Сергій Олександрович, завідувач відділу підводної фізіології Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор Середенко Михайло Михайлович, завідувач відділу гіпоксичних станів Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України

доктор біологічних наук, професор Філіпов Михайло Михайлович, завідувач кафедри фізичного виховання і здоров'я Національного медичного університету ім. акад. О.О. Богомольця

доктор біологічних наук Кальниш Валентин Володимирович, завідувач відділу інформатизації систем охорони здоров'я Українського інституту громадського здоров'я МОЗ України

Провідна установа: Національний університет ім. Тараса Шевченка

Захист відбудеться 6 червня 2000 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.198.01 при Інституті фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України (01024, Київ-24, вул. Богомольця, 4).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту.

Автореферат розісланий 22 квітня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

доктор біологічних наук З.О. Сорокіна-Маріна

Загальна характеристика роботи

Актуальність і стан проблеми. За останні десятиріччя екологічні умови на Землі істотно погіршилися. Це погіршення пов'язане, в основному, з антропогенним забрудненням середовища проживання людини, великими екологічними і промисловими катастрофами. Дія чинників зовнішнього середовища на людину в багатьох регіонах Землі і, зокрема України, набуває екстремального або близького до екстремального характеру. Крім того, професійна діяльність певних контингентів людей також пов'язана з роботою в шкідливих умовах. Тому всі дослідження, присвячені проблемі пристосування організму людини до стресових впливів, мають не тільки велику теоретичну актуальність, а й практичну. З огляду на це роботи, пов'язані з вивченням реакцій організму людини на гіпербаричні впливи, не є винятком. Гіпербаричні впливи є незвичайними для організму і викликають у відповідь реакції по типу стресових, що мають як специфічні, так і загальні компоненти. Виявлення нових закономірностей розвитку цих реакцій не тільки важливе для гіпербаричної фізіології та медицини, але може мати велике значення для розвитку загальної теорії стресу.

Завдяки багаторічним дослідженням із гіпербаричної фізіології та медицини накопичені численні дані про закономірності функціонування основних систем організму у газовому і водному середовищах під підвищеним тиском [А. Г. Жиронкин, 1973; Е. М. Крепс, 1975; И. А. Сапов и др., 1976, 1980; Г. Л. Зальцман и др., 1979; Г. И. Куренков и др., 1980; С. А. Гуляр, 1983, 1988; Ю. А. Кисляков, И. С. Бреслав; 1988; В. В. Семко и др., 1991; X. Fructus, 1968; E. H. Lanphier, 1975; H. Ornhagen, 1977; R. W. Brauer, 1980; C.J. Lambertsen, 1981; M. J. Halsey, 1982; P.B. Bennett, 1988; Elliott D.H., 1993]. Встановлено, що чинники гіпербаричного середовища викликають стресову реакцію цілісного організму, яка, згідно з сучасними уявленнями, у значній мірі пов'язана зі станом вищих відділів вегетативної нервової системи. При цьому новий баланс, який встановився між парасимпатичним і симпатичним відділами, і в остаточному підсумку вегетативний гомеостаз, визначають функціональний стан вісцеральних систем організму і ступінь їхньої адаптації до екстремальних умов.

Однак, дослідження змін функціонального стану організму людини, його дієздатності в разі перебування під впливом підвищеного тиску оточуючого середовища з одночасною оцінкою вегетативного гомеостазу надто нечисленні. Відсутність таких даних частково пов'язана зі значними методичними труднощами таких досліджень у гіпербаричних умовах. У певній мірі ці труднощі можуть бути вирішені за допомогою засобів математичного аналізу ритму серця [Д. И. Жемайтите, 1972; Р. М. Баевский и др., 1984; Н. И. Сапова, 1992; J. Penaz et al, 1978; S. Akselrod et al, 1981; Pagani M. et al, 1986; Naraki N. et al, 1994, 1995], що застосовуються для оцінки ступеня адаптації організму до екстремальних умов. Такий підхід до досліджень у гіпербаричній фізіології є відносно новим і потребує обгрунтування і розвитку.

Слід зазначити, що уявлення про гомеостаз, реактивність організму і закономірності адаптації функціональних систем до гіпербарії не можуть бути повними без урахування особливостей відновних процесів в організмі після декомпресії. Проблема реадаптації організму людини до нормобаричних умов надзвичайно важлива, але вивчена недостатньо. Особливе місце в проблемі взаємодії системи людина-навколишнє середовище у випадку гіпербарії посідають індивідуальні особливості пристосування організму до дії екстремальних чинників, які в значній мірі визначаються вихідним балансом симпатичних і парасимпатичних впливів.

Зв'язок теми дослідження з планом основних наукових робіт Інституту. Дисертаційну роботу виконано згідно з планом науково-дослідних розроблень інституту за 1983-1998 рр. у рамках тем "Вивчення резервних можливостей організму в умовах зміненої щільності середовища" (держ. реєстр N 01860043926) і “Розробити режими реабілітації працездатності акванавтів та випробувачів нових технологій занурень і впровадити їх у практику” (держ. реєстр N 01880009980) та Національної програми досліджень і використання ресурсів Азово-Чорноморського басейну та інших районів Світового океану на період до 2000 року “Фундаментальні дослідження з підводної фізіології, створення нової технології забезпечення працездатності і збереження здоровя людини на глибинах континентального шельфу та розробка технічних засобів для її застосування” (шифр “Фізіологія”).

Мета роботи - виявлення основних фізіологічних закономірностей змін функціонального стану організму людини під час адаптації до гіпербарії та реадаптації до нормобаричних умов залежно від вихідного типу вегетативного гомеостазу.

Завдання роботи:

Провести класифікацію ритмокардіограм за математико-статистичними показниками і хвильовою структурою ритму серця у водолазів у міжспусковому періоді, під час адаптації до гіпербарії та реадаптації до нормобаричних умов.

Визначити взаємозв'язок статистичних і спектральних характеристик ритму серця з фізіологічними показниками функціонального стану організму людини в міжспусковому періоді.

Вивчити особливості змін реакцій дихання і кровообігу людини на функціональні проби (форсоване дихання, підвищення внутрішньогрудного тиску, фізичне навантаження) під підвищеним тиском газового середовища залежно від типу вегетативного гомеостазу.

Вивчити динаміку адаптації організму людини до комплексної дії чинників гіпербаричного середовища на підставі аналізу спектрів потужності ритму серця і оцінки зовнішнього дихання, стану кровообігу та фізичної працездатності.

Дослідити зміни вегетативного гомеостазу людини у різні фази реадаптації до нормобаричних умов.

Дослідити зміни вегетативного гомеостазу людини протягом багаторічних систематичних гіпербаричних впливів.

Розробити засіб прогнозування індивідуальної стійкості організму людини до дії екстремальних чинників гіпербаричного середовища для використання його під час професійного відбору і напрацювання раціональних режимів відновних заходів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше на підставі математичного аналізу спектрів потужності ритмокардіограм, які реєструвались у водолазів у нормо- і гіпербаричних умовах у стані відносного спокою і при функціональних навантаженнях, сформульовані та обгрунтовані основні положення концепції ультрастабільності організму людини. Проведено теоретичний аналіз можливих змін функціонального стану організму від зовнішніх впливів різної інтенсивності.

Новим є те, що на підставі математичного аналізу ритму серця у водолазів виділені чотири типи вегетативного гомеостазу, охарактеризований зв'язок статистичних і спектральних характеристик ритму серця з фізіологічними показниками функціонального стану організму.

Вперше під час адаптації до гіпербарії та реадаптації до нормобаричних умов охарактеризовані зміни хвильової структури ритму серця і вегетативного гомеостазу залежно від тривалості та інтенсивності гіпербаричного впливу і складу газового середовища. Встановлена висока кореляція між змінами вегетативного гомеостазу і характером реакцій дихання і кровообігу на комплексний вплив гіпербаричних чинників.

Показано, що внаслідок багаторічних систематичних гіпербаричних впливів зі збільшенням віку і стажу роботи, а також залежно від вихідного типу вегетативного гомеостазу у водолазів спостерігаються два різноспрямовані процеси, перший з яких пов'язаний із формуванням в організмі корисних пристосувальних перебудов, що оптимізують реакції на гіпербарію, другий - з суттєвим зниженням функціональних резервів, перенапруженням або виснаженням адаптаційних механізмів, розвитком в окремих системах організму перед- і патологічних змін.

Вперше показано, що під час гіпербаричних впливів організм людини веде себе як ультрастабільна система. Виявлені закономірності змін функціонального стану організму людини внаслідок гіпербаричних впливів різної тривалості та інтенсивності. Встановлено, що стійкість організму людини до гіпербаричних впливів у значній мірі залежить від вихідного типу вегетативного гомеостазу і стану регуляторних систем організму. Визначені критерії, що відображають індивідуальну здатність до адаптації організму в умовах гіпербарії. організм людина вегетативний гомеостаз

Практична значимість одержаних результатів. Дослідження загальних та індивідуальних особливостей змін вегетативного гомеостазу і функціонального стану основних вісцеральних систем організму людини в умовах гіпербарії дозволить науково обгрунтувати рекомендації щодо професійного відбору осіб, які володіють найбільш відповідними водолазній професії якостями, прогнозувати індивідуальну стійкість організму людини до дії комплексу гіпербаричних чинників, визначити можливості та засоби профілактики і корекції перед- і патологічних синдромів, які виникають у професійній діяльності водолазів.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто на підставі математичного аналізу спектрів потужності ритмокардіограм, які реєструвалися у водолазів у нормо- і гіпербаричних умовах, сформульовані та обгрунтовані основні положення концепції ультрастабільності організму людини. Побудовані схеми і проведено теоретичний аналіз можливих змін стану організму під час зовнішніх впливів різної інтенсивності. Розроблено методику визначення функціонального віку і темпів старіння організму водолазів під час їхньої професійної діяльності. Проведено натурні та експериментальні дослідження реакцій вегетативної нервової системи, дихання і кровообігу людини на комплексну дію чинників гіпербаричного середовища, виявлені основні фізіологічні закономірності змін функціонального стану організму людини під час адаптації до гіпербарії та реадаптації до нормобаричних умов залежно від вихідного типу вегетативного гомеостазу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації заслухано та обговорено на 2-у Всесоюзному симпозіумі “Прогнозирование в прикладной физиологии” (Фрунзе, 1984); XII з'їзді Українського фізіологічного товариства ім I.П.Павлова (Львів, 1986); IY Всесоюзному з'їзді патофізіологів (Москва, 1989); 4-й конференції, присвяченій 90-річчю від дня народження акад. Є.М.Крепса (Ленінград, 1989); ХІІІ з'їзді Українського фізіологічного товариства ім I.П.Павлова (Харкiв, 1990); науковій конференції, присвяченій 150-рiччю кафедри фізіології людини та тварин Київського університету ім. Т.Г.Шевченка (Київ, 1992); робочій нараді "Спироэргометрия" (Астрахань, 1992); Міжвузовському симпозіумі, присвяченому 30-річчю НІЦЛ КМІ (Київ,1992); 14-му з'їзді Українського фізіологічного товариства ім I.П.Павлова (Київ, 1994); 4-у міжнародному симпозіумі по технічним проблемам водолазних занурень (Гдиня, 1994); 19-й конференції Європейського товариства водолазної та гіпербаричної медицини (Трондхейм, 1993); 20-й конференції Європейського товариства водолазної та гіпербаричної медицини (Стамбул, 1994); міжнародній робочій нараді Європейського товариства водолазної та гіпербаричної медицини “Тривалі впливи водолазних занурень на здоров'я людини” (Берген, 1994); 2-й міжнародній науковій конференції “Актуальні проблеми гіпербаричної медицини і техніки” (Гдиня, 1995); Російському конгресі патофізіології "Патофизиология органов и систем. Типовые патофизиологические процессы. (Экспериментальные и клинические аспекты)" (Москва, 1996); 22-й конференції Європейського товариства гіпербаричної та підводної медицини (Мілан, 1996); засіданнях наукових семінарів Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАНУ (1986-1999 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертації надруковано 48 наукових праць, 2 авторських свідоцтва на винахід, керівництво з реабілітації водолазів-глибоководників.

Структура дисертації. Дисертація викладена на 355 машинописних сторінках (234 сторінки основного тексту) і складається з вступу, огляду літератури, власних досліджень (7 глав), заключення, висновків і покажчика літератури, який містить 397 найменувань. Робота має 59 таблиць (18 сторінок) і 84 рисунки (62 сторінки).

Основний зміст

Об'єкти й методи дослідження. Об'єктом дослідження є людина в умовах нормо - і гіпербаричного середовища, предметом - вегетативний гомеостаз, дихальна і серцево-судинна системи.

У нормобаричних умовах дослідження проведені у містах Києві,. Мурманську і Геленджику на стаціонарній та експедиційній експериментальних базах відділу підводної фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України.

Експериментальні дослідження проводились в морських умовах на глибоководних водолазних комплексах спеціалізованого водолазного судна "Спрут" і бурових суден "Муравленко" і "Шашин" державного виробничого концерну "Арктикморнафтогазрозвідка" і на береговому гіпербаричному комплексі південного відділення Інституту океанології ім. П.П.Ширшова АН РФ протягом 1984-1992 рр. Більшість водолазів була обстежена багаторазово у міжспусковому періоді, під час реальних водолазних робіт і експериментальних занурень під підвищеним тиском азотно-, азотно-гелієво-, азотно-неоново-, азотно-гелієво-неоново- і гелієво-кисневих середовищ, а також у різні строки періоду реадаптації (на 2-3, 4-7, 9-10, 14-18, 24-28, 30-33 добу після закінчення декомпресії). В цілому в умовах нормо- і гіпербаричного середовища обстежено 98 професійних водолазів, проведено 3984 досліджень: в міжспусковому періоді - 1973, в умовах реальних занурень - 590 (у тому числі короткочасних - 184), в експериментальних зануреннях - 1075 (у короткочасних - 351), в найближчий період після закінчення декомпресії - 188, протягом усього періоду реадаптації - 158.

Обстеження мали комплексний характер. Залежно від поставленої мети і умов дослідження у стані спокою та під час різних функціональних тестів (фізичне навантаження, форсований видих, максимальна вентиляція легень, дихання з штучним опором, підвищення внутрішньогрудного тиску) оцінювали стан вегетативної нервової, дихальної, серцево-судинної систем, фізичну працездатність. 2286 досліджень проведено із застосуванням різних функціональних проб, решту - у стані спокою.

Методи дослідження: інтервало- і електрокардіографія, реоплетизмографія, артеріальна осцилографія, спіро- і пневмотахометрія, газова інфрачервона- і мас-спектрометрія, полярографія, спектральний, кореляційний, регресійний, кластерний і факторний аналіз, математична статистика.

Результати досліджень та їх обговорення

1. Класифікація ритмокардіограм за математико-статистичними показниками і хвильовою структурою ритму серця у водолазів

Наведені результати статистичного, кореляційного, спектрального кластерного і факторного аналізу ритмокардіограм, яки реєстрували у водолазів у нормо - і гіпербаричних умовах у стані спокою і під час різних функціональних навантажень.

Основні висновки цього аналізу:

Показники варіаційної пульсометрії, аутокореляційного і спектрального аналізу мають полімодальний характер розподілу їх середніх значень. Це свідчить про статистичну неоднорідність показників і можливість розподілу їх на групи.

Внаслідок проведеного кластерного аналізу були виділени 10 кластерів, або класів, з якими розрізняються ритмокардіограми (p<0,05). Зона перекриття кордонів кластерів не перевищувала 2% їхнього діапазону. Окремі вибірки і об'єднані масиви математико-статистичних показників, що характеризують розподіл кардіоінтервалів, їхню хвильову структуру і стан регуляторних систем ритму серця, вірогідно (p<0, 05) поділяються на “регулярні” і “нерегулярні” кластери, або класи. В “регулярних” кластерах значення центрів усіх показників зростають синхронно зі змінами значення групувального показника. В “нерегулярних” кластерах спостерігаються відхилення від цього порядку.

Кордони фізіологічних показників “регулярних” кластерів лежать, в основному, в діапазоні, характерному для стану спокою або невеликих функціональних навантажень, у той час як кордони “нерегулярних” кластерів зміщені в бік більших навантажень і напруження регуляторних систем організму. При цьому за рахунок часткового перекриття немає чіткого розподілу верхніх кордонів “регулярних” і нижніх кордонів “нерегулярних” кластерів. Із збільшенням у кластерах кількості показників і вкороченням ритмокардіограм зменшуються кількість “регулярних” кластерів і їхня загальна питома вага в описі розподілу кардіоінтервалів і хвильової структури ритму серця.

Серед чинників, які зумовлюють зміни кардіоінтервалів, найстабільнішими є:

чинник варіабельності кардіоінтервалів, який охоплює варіаційний розмах (R-R), співвідношення варіаційного розмаху і тривалості кардіоінтервалів (R-R/R-R), середньоквадратичне відхилення ( _R-R), коефіцієнт варіації (V);

чинники повільних і швидких хвиль, які містять амплітудні (S_m, S_f) і частотні (f_m, f_f) характеристики періодичних компонентів у ритмокардіограмах у діапазонах 0-0,21 Гц і 0,32-1,00 Гц відповідно.

Ці чинники зумовлюють більш як 50% змін кардіоінтервалів у різних умовах гіпербаричного середовища і під час функціональних навантажень.

2. Застосування теорії ультрастабільних систем для оцінки функціонального стану людини

Припускається, що в організмі існують регуляторні системи, які зберігають його ультрастабільність. Згідно з визначенням У.Р. Ешбі [1962], для живого організму як ультрастабільної системи характерно те, що під час частих невеликих зовнішніх впливів коливання його істотних змінних не виходять за фізіологічні межі. В результаті організм буде перебувати в одному з рівноважних або стаціонарних станів. Під час екстремальних впливів, які виводять організм із стану рівноваги, він за рахунок зміни певних параметрів переходить у новий стаціонарний стан. При цьому зміни в організмі, як в ультрастабільній системі, будуть адаптивними, якщо істотні змінні утримуватимуться у фізіологічних межах. Ці переходи є інваріантними, відбуваються за певними правилами, обмежені в часі, можуть містити кілька квазістаціонарних або перехідних станів.

Опис періодичних компонент ритму серця у вигляді спектральних формул і індексів, хвильових чисел, амплітудних і частотних характеристик основних спектральних ліній покладений в основу класифікації станів регуляторних систем і формалізації правил переходу між основними станами організму.

Спектральна формула - це послідовність символів, якими описують спектральні лінії у спектрі потужності ритмокардіограми. Наприклад, якщо спектр не має максимумів (спектральних ліній), то його можна записати як So. Якщо максимуми спостерігаються тільки в одному з частотних діапазонів, тобто низько-, середньо- або високочастотному, то такі спектри можна подати відповідно у вигляді Sm, Sb, Sf. Якщо є максимуми в двох із трьох частотних діапазонів, то такі спектри записуються як SmSb, SmSf, SbSm, SbSf. В цьому випадку першою записується компонента, яка має найбільшу амплітуду. Трьохкомпонентні спектри мають такий вигляд: SmSbSf, SmSfSb, SbSmSf, SbSfSm, SfSm, SfSb, SfSmSb і SfSbSm.

Спектри ритмокардіограм можна класифікувати за допомогою спектральних індексів. Спектральний частотний індекс (L) відповідає кількості частотних діапазонів у спектрі ритмокардіограми, у яких є максимуми (спектральні лінії), і може набирати чотири значення: 0, 1, 2 і 3. Якщо максимуми у спектрі будуть відсутні, то L=0. Якщо максимуми спостерігаються тільки в низько-, середньо- або високочастотному діапазонах, то L=1. Якщо максимуми є в будь-яких двох із трьох діапазонів (низько- і середньочастотному, низько- і високочастотному, або середньо- і високочастотному), то L=2. Якщо максимуми мають місце водночас у всіх трьох частотних діапазонах, то L=3. Спектральний комбінаторний індекс (K) характеризує порядок запису спектральних максимумів у формулі і може приймати значення від 1 до 6.

Живий організм як ультрастабільна система може перебувати в рівноважному стані тільки за певним співвідношенням спектральних максимумів (компонентів). Стаціонарними станами будуть ті, у яких спектри ритмокардіограм описуються наступними формулами: So, Sm, Sb, SmSb, SbSm. В цих станах процеси витрачення і накопичення енергії врівноважені. Квазістаціонарні стани мають спектри з формулами Sf, SmSf, SbSf, SfSm, SfSb, SmSbSf, SmSfSb, SbSmSf, SbSfSm, SfSmSb, SfSbSm. В цих станах активізуються процеси, пов'язані або з накопиченням, або з витрачанням енергії. Якщо зміни енергії при цьому досягають певного рівня, організм переходить у новий стан. Основною ознакою квазістаціонарного стану є наявність в спектрах ритмокардіограм високочастотного компонента Sf. Припускається, що високочастотні компоненти є відображенням діяльності в живому організмі швидкодіючих східчастих механізмів, які під час виходу організму з рівноважного стану (відхилення значень істотних змінних за фізіологічні норми) включаються у системах регулювання для того, щоб утримати організм у вихідному стані, або перевести його за певними правилами в новий рівноважний стан. Одним із таких механізмів може бути активність структур (кіркових і підкіркових) нервової системи.

Стаціонарні стани зі спектрами Sm, Sb, SmSb і SbSm і квазістаціонарні стани зі спектрами SmSf, SbSf, SmSbSf і SbSmSf є сполученими станами, характеризуються математичними і спектральними показниками, що належать до регулярних (основних) кластерів. Організм може перебувати у таких станах тривалий час. Стани зі спектрами Sf, SfSm, SfSb, SmSfSb, SbSfSm, SfSmSb, SfSbSm характеризуються показниками, що належать до нерегулярних або неосновних кластерів, і час перебування в них організму обмежен.

Зовнішні впливи на організм спочатку змінюють амплітудні характеристики спектра ритму серця. Лише в разі досягнення деяких граничних значень спектральних максимумів зміняються хвильова структура ритму серця і, отже, його спектральна формула, що свідчить про зміну функціонального стану організму людини.

Під час переходу з одного функціонального стану організму в інший повинні виконуватися наступні правила: 1. Перехід з одного стаціонарного стану в інший можливий тільки через низку послідовних квазістаціонарних станів (ланцюг змушених і спонтанних переходів). Якщо в ланцюзі переходів міститься тільки один квазістаціонарний стан, то існує імовірність повернення організму у вихідний стан. 2. Перехід на вищий енергетичний рівень є змушеним, відбувається внаслідок зовнішніх впливів і супроводжується спектром поглинання, який не має максимумів (процес без явної періодики). Перехід на нижчий енергетичний рівень може відбуватися спонтанно без зовнішніх впливів і супроводжується спектром випромінювання, який містить максимуми. 3. У випадку дозволених переходів спектральний частотний або комбінаторний індекс змінюється на 1, тобто L=1, K=0, або L=0, K=1.

Приклади дозволених переходів наведені на схемі.

SbSmSbSmSfSbSfSmSfSbSmSfSbSbSfSb

SmSbSfSmSfSbSfSmSbSfSmSmSfSmSb

SmSb SmSf SfSm Sf Sm

Sm Sf So

So

Внаслідок аналізу ритмокардіограм, які реєстрували у водолазів у стані спокою і під час різних функціональних навантажень в нормо- і гіпербаричних умовах, одержано 13 типів спектрів потужності ритму серця - Sm (2,8%), SmSb (18,0%), SmSf (6,9%), SmSbSf (47,2%), SmSfSb (15,4%), Sb (0,1%), SbSm (0,6%), SbSf (0,6%), SbSmSf (6,3%), SbSfSm (0,5%), SfSm (0,5%), SfSmSb (0,7%) і SfSbSm (0,4%). У більшості випадків стани організму зі спектрами SmSb, SmSbSf, Sb, SbSm, SbSmSf характеризуються математико-статистичними показниками “регулярних” класів ритмокардіограм. У цих станах під час гіпербаричних впливів або функціональних навантажень фізіологічні показники (істотні змінні) не виходять за межі норми (адаптивна поведінка). В спектральних формулах ритму серця, як правило, зміни або не спостерігаються, або з'являється високочастотний компонент Sf. Частіше змінюються лише амплітуди періодичних компонентів ритму серця. Після припинення зовнішнього впливу організм відновлюється до вихідного стану. Стани зі спектрами SmSf, SbSf, SmSfSb, SbSfSm, як правило, описуються показниками “нерегулярних” класів ритмокардіограм. Вони нестійкі, оскільки під зовнішніми впливами виникає висока ймовірність зміни амплітудних співвідношень періодичних компонентів ритму серця і, отже, спектральних формул. Це свідчить про перехід організму як ультрастабільної системи в новий стан, інколи ще більш нестійкий (Sm, SfSm, SfSmSb, SfSbSm), в якому частина фізіологічних показників може або наблизитися до граничних значень норми, або вийти за її межі (зменшення адаптивних резервів або зрив адаптації).

3. Функціональний стан організму водолазів у міжспусковому періоді

Загальна оцінка стану регуляторних систем організму за даними математичного аналізу ритму серця у водолазів проводилася на підставі інтегрального критерію - показника активності регуляторних систем (ПАРС), який набирає значення (+2, +1, 0,-1,-2) відповідно до наступних п'яти критеріїв: сумарного ефекту регулювання, функції автоматизму, балансу симпатичних і парасимпатичних впливів, стійкості регулювання та активності підкіркових нервових центрів [Р.М. Баєвський та ін., 1984]. Залежно від типу вегетативного гомеостазу виділено чотири групи водолазів. Для водолазів молодого віку, з невеликим досвідом глибоководних занурень, які склали першу групу, характерна нормокардія, явна синусова аритмія, збережений вегетативний гомеостаз, стійке регулювання ритму серця і значне підсилення активності підкіркових центрів. Значення ПАРС відповідає нормі. В другій групі молодих, але дещо досвідченіших водолазів, стан регуляторних систем також відповідав нормі. У них спостерігалася нормокардія, незначна синусова аритмія, помірне домінування тонусу парасимпатичної нервової системи, скороминучі явища дизрегуляції ритму серця за рахунок домінування парасимпатичних впливів і помірне ослаблення активності підкіркових нервових центрів. У третю групу здебільшого входили найдосвідченіші водолази, у яких протягом фахової діяльності вироблялося помірне домінування тонусу симпатичної нервової системи, спостерігалася незначна тахікардія, явна синусова аритмія, дизрегуляція ритму серця центрального типу з переважанням симпатичних впливів і помірним підсиленням активності підкіркових нервових центрів. Загальний стан регуляторних систем їхнього організму характеризувався функціональним напруженням. У водолазів цієї групи спостерігалися адекватні реакції на екстремальні впливи гіпербаричного середовища і тривале збереження задовільного функціонального стану організму. Четверту групу складали водолази зі значним домінуванням тонусу парасимпатичної нервової системи. На тлі нормокардії спостерігалися помірні порушення автоматизму ритму серця, дизрегуляція ритму серця з переважанням активності парасимпатичної нервової системи. Загальний стан регуляторних систем організму водолазів цій групи також характеризувався функціональним напруженням.

Для групи водолазів з нормотонічним типом регулювання кровообігу були характерні спектри ритму серця типу SmSb, SmSbSf, з помірним домінуванням тонусу симпатичної нервової системи - спектри типу SmSb, SmSbSf, зі значним переважанням тонусу парасимпатичної нервової системи - спектри типу SbSm, SbSmSf, у водолазів з вираженим домінуванням тонусу парасимпатичної нервової системи - спектри типу SbSm, SbSmSf, SbSfSm.

Оцінка функціонального стану організму водолазів проводилася за найбільш значущими для фахової діяльності 13 показниками, які характеризують функції дихальної та серцево-судинної систем, фізичну і розумову працездатність, а також за реакціями організму на функціональні проби (форсоване дихання, проба Вальсальви, фізичне навантаження), енерготратами у типових положеннях. Показано, що у водолазів з нормотонічним типом регулювання кровообігу або помірним домінуванням активності симпатичного або парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи практично всі показники відповідали нормі. У водолазів зі значним переважанням вагусних впливів у 93% випадків на тлі високого напруження регуляторних механізмів спостерігалося зниження функціональних резервів організму та зменшення індексу функціональної готовності внаслідок відносно малої економічності функціонування дихання і кровообігу, особливо під час фізичних навантажень. У 87% водолазів з цим типом вегетативного гомеостазу виявлялися симптоми функціональних порушень, зокрема, розлади вегетативної нервової системи і бронхіальної прохідності.

4. Зміни функціонального стану організму людини під час гіпербаричних впливів

Основними чинниками, що викликають у водолазів зміни вегетативного гомеостазу і кровообігу під час одноразового короткочасного занурення на стислому повітрі, є гіпероксія і наркотична дія азоту.

Зміни вегетативного гомеостазу і кардіогемодинаміки мають загальний для всіх водолазів характер. Під час занурення на стислому повітрі гіпероксія викликає підсилення вагусних впливів, що виявляється зменшенням частоти скорочень серця, підсиленням варіабельності R-R інтервалів, зниженням скоротливої здатності міокарда. Це зумовлює зниження хвилинного обсягу крові і відповідно швидкості транспортування кисню артеріальною кров'ю, що є важливим пристосувальним механізмом, спрямованим на обмеження доставки надлишку кисню тканинам. Водночас включаються інші захисні по відношенню до гіпероксії механізми - зниження лінійної швидкості кровотоку, звуження периферичних судин. Наркотична дія азоту призводить до ослаблення низхідних впливів центральних структур головного мозку, що виявляється у зменшенні амплітуди моди (АМо) гістограми розподілу кардіоінтервалів і значення спектра потужності на нульовій частоті (S_o). Про наступне розгальмування підлеглих функціональних структур свідчить зменшення амплітуд періодичних компонентів у всьому частотному діапазоні (0-1,00 Гц) спектру потужності ритму серця.

Виявлена залежність індивідуальних змін вегетативного гомеостазу і характеру реакції кровообігу на пробу Вальсальви у водолазів до, під час і після занурення від вихідного рівня низхідних центральних нервових впливів і співвідношення між активністю симпатичного і парасимпатичного відділів вегетативної нервової системи. У водолазів з вихідним високим ступенем централізації регулювання кровообігу і значним домінуванням активності симпатичного (SmSf, SmSfSb) або парасимпатичного відділів (SbSf, SbSfSm) у гіпербаричних умовах виникала скороминуча дизрегуляція кровообігу з переважанням симпатичного або парасимпатичного впливу. Після закінчення декомпресії у таких водолазів спостерігалася висока ймовірність виникнення вегетативних порушень. У водолазів з вихідною малою централізацією регулювання кровообігу і вегетативним гомеостазом нормо- або симпатотонічного типу (SmSb, SmSbSf), а також з помірним домінуванням тонусу парасимпатичної нервової системи (SbSm, SbSmSf) виникнення вегетативних розладів під час або після занурення на стислому повітрі менш ймовірно.

Під час серії короткочасних занурень на 40, 60, 80 і 100 м у більшості водолазів протягом кількох годин після закінчення декомпресії спостерігалося посилення тонусу симпатичної нервової системи, явне зниження рівня соматичного здоров'я за рахунок зменшення резервних можливостей дихальної та серцево-судинної систем, яке було найбільшим у кінці серії короткочасних занурень. Практично у всіх водолазів зі збільшенням глибини занурення збільшувалася залишкова (RV), функціональна залишкова (FRV) і загальна (TVL) ємність легень. Ці зміни, певно, пов'язані з дією підвищеного парціального тиску кисню і частими декомпресіями.

Поряд із кількісними змінами показників функції легень у деяких водолазів під час форсованого видиху з'явилося таке якісно нове явище, як осциляції швидкості газових потоків у дихальних шляхах, а на тлі зниження швидкісних показників -колаптоідні явища у бронхах. У більшості водолазів під час серії короткочасних гіпербаричних впливів спостерігалося розширення комплексу QRS (причому іноді вище меж фізіологічної норми), що вказувало на уповільнення внутрішньошлуночкового проведення, певно, пов'язаного з дією гіпероксії та інших чинників підводного занурення. Наявність цього явища у деяких випадків навіть на сьому добу після короткочасного занурення свідчить про тривалу післядію чинників гіпербарії на серцево-судинну систему водолазів. У деяких водолазів у стані спокою і під час проби з дозованим фізичним навантаженням спостерігалося зменшення амплітуди зубця Т і певне подовження сегмента ST. Хоча значення цих змін не виходило за межі фізіологічної норми, їх з певним ступенем імовірності можна пов'язати з погіршенням доставки кисню до серцевого м'яза і з підсиленням нейроциркуляторної дистонії. Можливо, вони зумовлені як дією гіпероксії, підвищеної густини газового середовища, стресом (у найближчий після короткочасного занурення період), так і погіршенням кровообігу в міокарді, пов'язаним з післядією декомпресії. Зі зміною балансу симпатичних і парасимпатичних впливів, можливо, пов'язане виникнення відсутньої перед серією зануреннь синусової аритмії та одиночних екстрасистол і двофазного зубця Т (ознака нейроциркуляторної дистонії).

Під час пасивної реадаптації після закінчення серії короткочасних занурень у всіх водолазів спостерігалося поліпшення функціонального стану організму. Однак швидкість і ступінь відновлення різних функцій організму були неоднакові і залежали від вихідного типу вегетативного гомеостазу і функціонального стану організму. Найшвидше і повніше відновлення відбувалось у водолазів, у яких вихідний стан організму характеризувався симпатотонічним типом вегетативного гомеостазу і спектрами ритму серця типу SbSm і SbSmSf. Однак до кінця сьомої доби періоду реадаптації ні в жодного водолаза не спостерігалося повної нормалізації вегетативного гомеостазу. Зазначався дисбаланс між парасимпатичним і симпатичним відділами вегетативної нервової системи з домінуванням останнього. Більшість показників дихальної системи у водолазів нормалізувалися вже на третю добу після закінчення серії занурень. Однак на тлі відновлення об'ємних і швидкісних показників вентиляторної функції легень у більшості водолазів залишалися збільшеними RV, FRV і TVL, спостерігалися колаптоїдні явища у бронхах. У деяких водолазів під час форсованого видиху збереглися осциляції швидкості газових потоків у дихальних шляхах. У зв'язку з тим, що ці явища мали нерегулярний характер, можна припустити, що в їхній основі лежать функціональні розлади неврогеного походження. На сьому добу періоду реадаптації у більшості водолазів збереглися, хоча і менш значні, описані вище зміни. Не відбувалося повного відновлення фізичної працездатності та рівня соматичного здоров'я. Виходячи з цього, слід зазначити, що в період реадаптації після серії короткочасних занурень необхідно проводити реабілітаційні заходи з урахуванням виявлених особливостей змін у функціональних системах організму водолазів. Під час розробки програми реабілітаційних заходів основну увагу потрібно приділяти усуненню або ослабленню наслідків кисневої інтоксикації організму і багаторазових перепадів гідростатичного тиску.

Реакція організму людини на тривалу дію гіпербаричних чинників має фазовий характер і складається із фази початкової адаптації та фази відносно стійкої адаптації.

У фазу початкової адаптації спостерігалося посилення активності як симпатичного, так і парасимпатичного відділів вегетативної нервової системи, а також активізація підкіркових структур головного мозку. З боку дихальної системи первинною реакцією на гіпербаричний вплив було посилення вентиляції легень. При цьому спостерігалася тенденція до почастішання дихання, збільшення дихального обсягу, скорочення вдиху і видиху, зменшення життєвої (VC) і форсованої життєвої ємності (FVC) легень. На тлі з'явлення колапсів у бронхах середнього і дрібного калібру різко погіршувалася максимальна вентиляція легень (MVV) і швидкісні характеристики форсованого дихання (PEF, FEF_25-75, T₆₃). Частота скорочень серця зменшувалася, а ударний об'єм крові і ударний індекс вірогідно збільшувалися, що призводило до зростання хвилинного об'єму крові, серцевого індексу, об'ємної швидкості викиду серця і лінійної швидкості кровотоку. Загальний і питомий периферичний опір крові знижувався. Зі зростанням інтенсивності гіпербаричного впливу (збільшення гідростатичного тиску) зміни в дихальній і серцево-судинній системах посилювались.

У подальшому з ослабленням дії чинників компресії та насичення організму газовим середовищем зникала початкова стрес-реакція, з'являлися елементи стійкої адаптації вегетативної нервової системи, дихання і кровообігу. На цій стадії основні реакції організму спрямовані на компенсацію гіпероксії і підвищеної густини газового середовища.

Під час частих східчастих компресій на тлі тривалої дії інших гіпербаричних чинників фаза відносно стійкої адаптації може перейти в фазу функціонального напруження або виснаження, зміщується вегетативний гомеостаз в бік симпатичних впливів, різко посилюється напруження регуляторних систем організму, спостерігаються функціональні зрушення в системах дихання і кровообігу, що спричинює розвиток стоми, істотне зниження резервних можливостей організму по відношенню до фізичних навантажень.

Реадаптація після декомпресії відбувається фазово через етапи гострих проявів (початкова фаза), неповного пристосування (фаза нестійкого стану), відносно стійкого стану (фаза відносно стійкої стабілізації), повного пристосування (фаза повного відновлення).

У початковій фазі реадаптації (тривалість 3-5 діб) відразу після закінчення декомпресії у водолазів спостерігалося загальне стомлення та астенізація, значна активізація симпатичного відділу вегетативної нервової системи і ослаблення парасимпатичних впливів, лабільність показників дихання і кровообігу, пригнічення газообміну, зниження фізичної працездатності, стійке зменшення бронхіальної прохідності і легеневих об'ємів, гіпофункція дихальної мускулатури, зниження чутливості дихальної системи до СО₂, ослаблення насосної функції серця, вегетативно-судинна дистонія. Зміни зовнішнього дихання і кровообігу в початкову фазу реадаптації відбиваються також на кислотно-основному стані крові у водолазів. Вміст і напруження СО₂ в крові підвищені, що свідчить про зміни умов елімінації цього газу з організму. Цьому, певно, могла сприяти і блокада гемоглобіну збільшеною кількістю кисню у дихальному середовищу під час тривалої експозиції у гіпербарії [Б. В. Петровський, С. Н. Єфуні, 1976]. Під час виконання фізичного навантаження зміни кислотно-основного стану крові характеризувалися значним зрушенням у бік ацидозу [С. А. Гуляр та ін., 1991].

Ступінь і симптоматика постдекомпресійного астенічного синдрому залежать від конкретного сполучення чинників гіпербарії та інтенсивності впливу кожного з них, а також від індивідуальних особливостей і вихідного стану організму.

Фаза нестійкого стану, що охоплює 6-15 діб реадаптації, характеризується частковим відновленням функцій окремих систем організму. Майже повністю відновлюються легеневі об'єми і максимальна вентиляція легень, зникає тахікардія, лабільність ритму серця, нормалізується артеріальний тиск. Але залишаються без регресії або навіть посилюються порушення бронхіальної прохідності, зберігаються напруженість і неекономічність функціонування серцево-судинної системи під час фізичних навантажень, вегетативно-судинна дистонія на тлі водночас помірного збудження симпатичного і парасимпатичного відділів вегетативної нервової системи. Все це зумовлює зниження фізичної працездатності.

У цій фазі можливе заглиблення функціональних зрушень в окремих системах організму (серцево-судинній, дихальній), що може призвести ще до більшого, ніж у початковій фазі, погіршення окремих найбільш функціонально навантажених фізіологічних функцій (бронхіальна прохідність, скоротлива здатність міокарда, аутоімунні реакції).

Фаза відносно стійкої стабілізації функціонального стану організму водолазів спостерігається здебільшого на 2-4 тижні після декомпресії. Функції більшості систем організму відновлюються, однак це відновлення може бути неповним, і часто відбувається стабілізація функцій на нижчому, ніж вихідний рівні. Наприклад, не відновлюється прохідність середніх і дрібних бронхів. Фізична працездатність, хоча й не відрізняється від високого вихідного рівня, характеризується неповним відновленням окремих показників дихання, кровообігу, опорно-рухового апарату, крові, що призводить до подовження періоду постнавантажувальних зрушень.

У фазі повного відновлення, яка може тривати до півроку і більше, відбувається нормалізація функцій всіх систем організму. Якщо в цей період повторно здійснити тривалий вплив гіпербаричними чинниками, то можливе потенціювання і накопичення функціональних порушень в організмі, зокрема, в дихальній системі (бронхіальна прохідність), обмінних процесах.

Наявність і тривалість фаз реадаптації залежать від ступеня і симптоматики постдекомпресійного астенічного синдрому, які, як зазначалося вище, в свою чергу, визначаються глибиною занурення і тривалістю перебування у гіпербаричних умовах, типом стресу, за яким проходила адаптація, індивідуальними особливостями організму водолазів.

Внаслідок багаторазових гіпербаричних впливів у водолазів залежно від стажу робіт і вихідного типу вегетативного гомеостазу спостерігаються два різноспрямованих процеси. Перший характеризується тим, що у більшості водолазів з нормотонічним типом вегетативного гомеостазу протягом їхньої трудової діяльності виникає помірне домінування тонусу симпатичного відділу вегетативної нервової системи. У них спостерігається незначна тахікардія, явна синусова аритмія, дизрегуляція ритму серця центрального типу з переважанням симпатичних впливів і помірне посилення активності підкіркових нервових центрів. Загальний стан регуляторних систем організму характеризується функціональним напруженням. Спостерігаються адекватні реакції організму на екстремальні впливи гіпербаричного середовища, тривале збереження задовільного функціонального стану організму. У разі другого процесу у водолазів з помірним домінуванням тонусу парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи протягом їхньої трудової діяльності вегетативний гомеостаз зміщується в бік значного переважання тонусу цього відділу вегетативної нервової системи. На тлі нормокардії виникають помірні порушення автоматизму ритму серця. Спостерігається дизрегуляція ритму серця з переважанням активності парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи, що може бути зумовлене високою економічністю енергетичних і метаболічних процесів за рахунок тренованості водолазів і їхньої адаптації до екстремальних впливів, або слабістю процесів мобілізації ресурсів, зниженням резервних можливостей організму (синдром перенапруженості та астенізації) [Р. М. Баєвський та ін., 1979, 1984]. Проте є дані, що в цій групі водолазів зміни характеру регулювання ритму серця більше всього пов'язані з високою напруженістю регуляторних систем. Про це свідчить різке посилення у спектрах потужності ритмокардіограм амплітуд повільних хвиль другого порядку за рахунок значної активізації підкіркових нервових центрів, а також великі значення інтегрального критерію ПАРС [Р. М. Баєвський та ін., 1986].

Як відомо, для стану перенапруженості характерна недостатність захисно-пристосувальних механізмів і їхня неспроможність забезпечити адекватну реакцію організму на вплив чинників зовнішнього середовища [Р. М. Баєвський та ін., 1984; Ф. З. Меєрсон і ін., 1988]. Можливо, цим пояснюється той факт, що у більшості водолазів з обмеженням трудової діяльності за станом здоров'я відзначався саме цей тип вегетативного гомеостазу і регулювання ритму серця.

Під час оцінки змін функціонального стану дихальної та серцево-судинної систем у водолазів також були виявлені два різноспрямовані процеси. За першим процесом розвиваються ефективні пристосувальні реакції, які можуть зберігатися тривалий час на структурному і метаболічному рівнях і спрямуватися на підтримання високого функціонального рівня основних систем організму, ослаблення початкових реакцій організму на гіпербаричні впливи, постдекомпресійних змін. Цей процес спостерігається у більшості водолазів з нормотонічним типом вегетативного гомеостазу і помірним домінуванням тонусу симпатичного або парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи. У разі другого процесу відбувається накопичення (кумуляція) негативних наслідків впливу гіпербаричного середовища. Якщо не вживати профілактичних або коригувальних заходів і є індивідуальна схильність, ці процеси призводять до розвитку в організмі явищ дезадаптації, таких як функціональна декомпенсація тієї або іншої системи організму і розвитку патологічної реакції. Наприклад, у 90% водолазів зі значним домінуванням вагусних впливів спостерігається різке зниження функціональних резервів організму, бронхоспастичний синдром, вегетативні розлади.

5. Загальні і індивідуальні закономірності змін функціонального стану організму людини як ультрастабільної системи під час адаптації до гіпербарії і реадаптації до нормобаричних умов

Під час стресових впливів на організм його реакція як ультрастабільної системи зумовлюється декількома чинниками: вихідним типом регулювання вегетативних функцій, інтенсивністю і тривалістю впливу, характером впливу, що вибірково активізує певні ланки або механізми регуляторних систем.

На підставі проведеного теоретичного аналізу встановлено, що:

зовнішні впливи слабкої або граничної інтенсивності незалежно від їхньої тривалості і характеру не призводять до значних змін в організмі як ультрастабільній системі. За первинним збудженням слідує повернення організму у вихідний стан. Винятком є нестійкі квазістаціонарні стани зі спектрами типу SfSm, SmSfSb, SfSmSb, SfSb, SbSfSm і SfSbSm, які навіть у разі слабких зовнішніх збудженнь можуть перейти в стани функціонального напруження, перенапруження або виснаження регуляторних механізмів;

зовнішні стресові впливи середньої або значної інтенсивності викликають в організмі більш складні перебудовні процеси, кінцевий результат яких залежить від характеру впливу і вихідного функціонального стану організму. Якщо у вихідному стані переважав тонус симпатичного відділу вегетативної нервової системи, то організм стійкіший до впливу, який стимулює активність парасимпатичного відділу. Якщо у вихідному стані переважали вагусні впливі, то організм стійкіший до впливів, що активізують симпатичну нервову систему;

найнесприятливішими є вихідні функціональні стани організму, при яких спостерігається значне домінування активності одного з відділів вегетативної нервової системи або висока централізація управління кровообігу за рахунок посиленої активності кіркових і підкіркових нервових центрів. У цьому випадку дія стресових чинників навіть середньої інтенсивності зумовлює велику ймовірність спонтанного або змушеного переходу організму в нестійкі стани зі спектрами типу Sm і So, розвитку дизрегуляції за симпатичним або парасимпатичним типом, а також перенапруження або виснаження (астенізація) регуляторних і адаптаційних механізмів;

організми з нормотонічним типом регулювання або помірним домінуванням тонусу симпатичного відділу вегетативної нервової системи добре переносять короткочасні інтенсивні зовнішні впливи. Організми з помірним або значним переважанням тонусу парасимпатичного відділу вегетативної нервової системи стійкі до тривалого впливу граничної та середньої інтенсивності.

На підставі аналізу спектрів потужності ритмокардіограм водолазів під час короткочасних занурень на стислому повітрі на середні глибини і уявлення про організм як ультрастабільну систему було встановлено, що:

під час перебування на ґрунті (ізопресія) гіпербаричні чинники середньої інтенсивності збільшують амплітуди спектральних максимумів у діапазонах середніх (Sb) і високих (Sf) частот у ритмі серця. Це свідчить про посилення вагусного впливу, а також активізацію підкіркових нервових структур. Характер змін спектральних компонентів у діапазоні низьких частот (Sm) більш складний. Якщо у вихідному стані спостерігалися низькі значення Sm, то під час короткочасних занурень амплітуда збільшувалася, високі - зменшувалася. Декомпресія посилювала активність симпатичного відділу вегетативної нервової системи (зростання амплітуди Sm) і ще більше активізувала підкіркові структури (зростання амплітуди Sf);