Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Влияние прерывистой гипоксии на реактивность газотранспортных систем и механизмы кислородного обеспечения организма лиц зрелого возраста

03.03.01 - Физиология

Зайнеева Роза Шамилевна

Ульяновск - 2012

Работа выполнена на кафедре адаптивной физической культуры в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Ульяновский государственный университет"

Научный руководитель: Балыкин Михаил Васильевич доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: Каталымов Леонид Лазаревич доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова", профессор кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека

Якунин Валерии Ефимович доктор медицинских наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Тольяттинский государственный университет" профессор кафедры теоретической и прикладной психологии и физиологии

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской академии наук" г. Санкт Петербург

Защита состоится " 27 " декабря 2012 г. в 10 часов 00 минут, на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при ФГБОУ ВПО "Ульяновский государственный университет" по адресу: г. Ульяновск, ул. Набережная реки Свияги, д.106, корпус 1, ауд.703.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом на сайте ВАК при Министерстве образования и науки РФ http://vak. ed.gov.ru и на сайте вуза www.uni. ulsu.ru.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул.Л. Толстого, д.42, Ульяновский государственный университет, управление научных исследований.

Автореферат разослан " ___" ___________2012 года.

Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент С.В. Пантелеев

I. Общая характеристика работы

Актуальность. В последние годы вопросы сохранения здоровья населения России приобрели характер государственной проблемы. Особое место в решении этой проблемы занимает поиск эффективных методов профилактики и коррекции функционального состояния лиц зрелого возраста, включающих многочисленную группу трудоспособного населения в возрасте 30-60 лет, которая подразделяется на два возрастных периода: первый зрелый возраст (30-44 лет) и второй зрелый возраст (45-60 лет), существенно различающихся по своим морфофункциональным критериям (Р. Мартин, К. Заллер, 1957). При этом второй зрелый возраст характеризуется изменениями обмена веществ, функций внешнего дыхания и крови, формированием структурных изменений в сердце, магистральных и периферических сосудах, определяющих особенности системной и региональной гемодинамики (Войтенко В.П., 1982, Коркушко О.В., 2001-2011).

Показано, что с возрастом снижается эффективность внешнего дыхания (Чеботарев Н.Д., 2009), изменяется содержание в крови гемоглобина и его сродство к кислороду (Коркушко О.В., 2008), что в совокупности ухудшает кислородное обеспечение висцеральных и соматических органов, создавая предпосылки для возникновения тканевой гипоксии (Чеботарев Н.Д., 2010), ограничивающей функциональные возможности и общую физическую работоспособность (Балыкин М.В. с соавт. 1997-2009, Колчинская А.З., 2003).

В основе этих изменений лежат гено - и фенотипические особенности организма (Аршавский И.А., 1980), сопряженные с состоянием окружающей среды, двигательной активностью и т.д. (Агаджанян Н.А., 2001). Важная роль в коррекции возрастных изменений в организме и профилактике патологических процессов принадлежит немедикоментозным методам, включая физико-химические факторы среды (Бочаров М.И., 2011, Кривощеков С.Г., 2005-2011, Сороко С.И., 2011). В последние десятилетия в спортивной физиологии и клинической медицине широкое применение получили методы гипоксической тренировки, которые показали свою высокую эффективность в профилактике (прекондиционирующие эффекты) и реабилитации (посткондиционирующие эффекты) нарушений внешнего дыхания (Кривощеков С.Г., 2007-2012), сердечно-сосудистой системы (Диккер В.Е., 1989), крови (Шахматов И.И. с соавт., 2007). Показана высокая эффективность нормобарической гипоксии в коррекции обмена веществ у лиц с повышенной массой тела (Балыкин М.В., Генинг Т.П., Виноградов С.Н., 2006), коррекции гипо - и гипертиреозов (Васильева Е.В., 2008), регуляции функций надпочечников (Зеркалова Ю.Ф., Тарарак Т.Я., 2004).

Широкое применение методы гипоксической тренировки получили в спортивной физиологии и медицине для повышения функциональных резервов организма и физической работоспособности спортсменов различной квалификации (Балыкин М.В., 1998-2011, Филиппов М. М., 1983, 2012, Арбузова О.В., 2009, Пупырева Е.Д., 2011). В литературе имеются многочисленные сведения о возрастных особенностях использования нормобарической гипоксии в клинической физиологии и спортивной медицине. Эти исследования охватывают преимущественно детей школьного возраста и лиц молодого возраста (Колчинская А.З., 2003, Арбузова О.В., 2009). Что касается исследований по использованию гипоксии с лицами старших возрастных групп (средний, пожилой и старческий), эти исследования носят ограниченный характер (Асанов Э.О., 2009, Коркушко О.В., 2001-2009).

Учитывая высокую эффективность использования прерывистой гипоксии в повышении функциональных резервов организма детей, юношей и молодых людей, можно полагать возможности ее использования для сохранения функциональных возможностей систем дыхания, кровообращения и крови, коррекции метаболических процессов и поддержания физической работоспособности у лиц зрелого и пожилого возраста.

Исходя из этого, в рамках проведенного исследования, была поставлена цель: изучить реактивность газотранспортных систем, механизмы кислородного обеспечения и изменения физической работоспособности лиц первого и второго зрелого возраста при действии прерывистой нормобарической гипоксии.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

Изучить реактивность кардиореспираторной системы у лиц зрелого возраста при нормобарической гипоксии.

Оценить влияние прерывистой гипоксической тренировки на функциональное состояние системы внешнего дыхания у лиц первого и второго зрелого возраста.

Определить изменения сердечно-сосудистой системы у лиц первого и второго зрелого возраста после курса прерывистой нормобарической гипоксии.

Исследовать возрастные изменения газотранспортной функции крови и механизмы кислородного обеспечения организма лиц зрелого возраста после курса нормобарической гипоксической тренировки.

Изучить влияние прерывистой нормобарической гипоксии на изменение физической работоспособности и аэробные возможности лиц зрелого возраста.

Научная новизна работы. Получены новые данные о снижении чувствительности к дефициту О₂ и реактивности кардиореспираторной системы при нормобарической гипоксии у лиц второго зрелого возраста (45-60 лет). Установлено, что трехнедельный курс прерывистой гипоксической тренировки приводит к улучшению бронхиальной проводимости, функционального состояния сердечно-сосудистой системы и снижению артериального давления у лиц второго зрелого возраста. Получены новые данные об особенностях кислородного обеспечения организма в группах лиц первого и второго возраста.

Впервые установлено, что при адаптации к прерывистой гипоксии удовлетворение кислородного запроса организма лиц первого зрелого возраста (30-44 лет) происходит в результате повышения кислородной емкости крови и повышения эффективности тканевого дыхания, при сравнительно низком минутном объеме кровообращения. Во второй возрастной группе курс ПНГТ стимулирует увеличение потребления О₂, на фоне повышения объемного кровотока, кислородной емкости крови, доставки О₂ и эффективности тканевого дыхания.

Впервые показано, что курс ПНГТ приводит к снижению кислородной стоимости работы большой мощности и реактивности кардиореспираторной системы при физической нагрузке. Получены новые данные о высокой эффективности ПНГТ в повышении физической работоспособности и аэробных резервов лиц первого и второго зрелого возраста.

Научно-практическая значимость работы. Проведённые исследования уточняют представления о влиянии прерывистой нормобарической гипоксической тренировки на газообмен, внешнее дыхание, гемодинамику, систему крови, физическую работоспособность и функциональные резервы организма лиц первого и второго зрелого возраста. Результаты исследования подтверждают существование возрастной чувствительности к гипоксии у лиц разных групп зрелого возраста. Установлено, что курс прерывистой нормобарической гипоксической тренировки оказывает выраженное воздействие на функции внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы, системы крови и тканевого дыхания, сопровождается снижением чувствительности и реактивности к дефициту О₂, является эффективным средством повышения резервных возможностей всех звеньев газотранспортной системы и может быть использован для повышения общей физической работоспособности и оздоровления лиц первого и второго зрелого возраста.

Результаты диссертационной работы используются при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу "Физиология человека", "Возрастная физиология", "Физиология спорта", "Физическая реабилитация" на медицинском факультете и факультете физической культуры и реабилитации ИМЭиФК УлГУ.

Работа выполнена в рамках НИР Ульяновского государственного университета "Механизмы адаптации и резистентность организма при гипоксии различного генеза", номер госрегистрации 01.200.211667.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Реакции внешнего дыхания, газообмена и гемодинамики зависят от величины гипоксического стимула и имеют выраженные особенности в группах лиц первого и второго зрелого возраста.

2. Трехнедельный курс нормобарической гипоксической тренировки улучшает функциональное состояние внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы, крови и тканевого дыхания, изменяет характер компенсаторно-приспособительных реакций, определяющих кислородное обеспечение организма у лиц первого и второго зрелого возраста.

3. Прерывистая нормобарическая гипоксическая тренировка является эффективным средством повышения общей физической работоспособности, устойчивости к гипоксии, способствует расширению аэробных возможностей организма лиц первого и второго зрелого возраста.

Апробация работы. Результаты исследования представлены на: Всероссийской конференции с международным участием "Медико-физиологические проблемы экологии человека" (Ульяновск, 2009, 2011), конференции молодых учёных медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов (Ульяновск, 2009), второй Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы теории и практики физической культуры и спорта" (Ульяновск, 2009), "XXI съезде физиологического общества им. И.П. Павлова" (Москва-Калуга, 2010), VII международном симпозиуме "Восток-Россия-Запад" (Орел, 2010), Всероссийском форуме "Молодые ученые - 2011" (Москва, 2011), XVIII конференции молодых ученых "Актуальные проблемы патофизиологии" (Санкт Петербург, 2012), Всероссийской конференции с международным участием "Экологическая физиология и медицина: наука, образование, здоровье населения" (Ульяновск, 2012).

Публикации. По материалам диссертации было опубликовано 9 работ, из них четыре в журналах, рекомендованных ВАК РФ

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 123 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, их обсуждения, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 6 рисунками и 14 таблицами. Список литературы включает 253 источника, из них 103 зарубежных и 150 отечественных авторов.

II. Содержание работы

Материалы и методы исследования. В исследовании приняли участие 65 практически здоровых мужчин зрелого возраста (30-60 лет) не имеющие в анамнезе сердечно-сосудистой и дыхательной патологии. Предварительно все исследуемые прошли полное медицинское обследование в физкультурно-оздоровительном диспансере г. Ульяновска. В ходе исследования все исследуемые были разделены на 2 группы согласно классификации Р. Мартина и К. Заллера (1956): I группа - лица первого зрелого возраста (30-44 года, n=34) и II группа - лица второго зрелого возраста (45-60 лет, n=31). Средние показатели массы тела в I группе составили 83±4,2 кг, во II группе - 75±4,1 кг. Все исследуемые предварительно дали письменное добровольное согласие на проведение подобного исследования.

Исследования проводились на базе медико-биологической лаборатории Ульяновского государственного университета во второй половине дня, при температуре в помещении 18-20^о С. Изучаемые показатели измерялись в состоянии относительного мышечного покоя, после 15-20 мин. привыкания к условиям лаборатории и получения испытуемыми методических указаний по проведению процедур и регистрации показателей.

В соответствии с задачами было проведено 2 блока исследований. Первый блок включал в себя определение реактивности газотранспортных систем при дыхании нормобарическими гипоксическими газовыми смесями (ГГС) с понижающимся содержанием О₂. В рамках второго блока исследований проводилась трехнедельная гипоксическая тренировка и оценка ее влияния на системы внешнего дыхания, крови и физическую работоспособность испытуемых.

Гипоксия моделировалась с использованием гипоксикатора "Тибет-4" (Россия). Для определения реактивности газотранспортных систем, испытуемые дышали газовой смесью со ступенчато-снижающимся содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе (15-13-10% О₂).

Трехнедельный курс прерывистой гипоксической тренировки проводился ежедневно 5 раз в неделю. Один сеанс тренировки включал в себя 6 циклов 5-ти минутного дыхания гипоксической смесью, перемежающихся с 5-ти минутными интервалами дыхания атмосферным воздухом в нормоксии. Прерывистая нормобарическая гипоксическая тренировка (ПНГТ) строилась с учетом реактивности газотранспортных систем и индивидуальной устойчивости к гипоксии. В первую неделю проведения тренировка проходила в щадящем режиме, со снижением содержания О₂ во вдыхаемом воздухе до 15, 13 и 10%. Со второй недели использовались гипоксические газовые смеси (ГГС) с 13 и 10% О₂, а с III недели исследуемые дышали газовой смесью только с 10% содержанием О_2.

Для оценки функций внешнего дыхания определяли минутный объем дыхания (V_E), глубину (V_T) и частоту дыхания (f), объем форсированного выдоха (FEV1), жизненную емкость легких (Vc), форсировавнную жизненную емкость легких (FVc). Бронхиальную проводимость оценивали по показателям пиковой (PEF), средней (FEF) и мгновенной объемных скоростей (MEF 25-75) воздушного потока. Спирографические измерения проводились на спирографе СМП - 21/01 (Россия). Определение содержания кислорода и углекислого газа в выдыхаемом воздухе проводилось на газоанализаторе "Спиролит-2" (Германия). Тип энергообмена исследуемых определялся по уровню потребления О₂ (Vo₂) и значению дыхательного коэффициента (RQ), который вычислялся как соотношение Vo₂ к выделенному СО₂ (Vco₂). Экономичность дыхания определялась по значению вентиляционного эквивалента (VЕ), который рассчитывался как отношение показателей минутного объёма дыхания к потреблению кислорода.

Артериальное давление определялось общепринятым методом Рива-Рочи в модификации Н.С. Короткова с использованием тонометра МТ - 20 (США). Систолический (Qs) и минутный (Q) объёмы сердца, частота сердечных сокращений (HR), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС) определялось на реографе "РЕАН-ПОЛИ" РГПА-6/12 с наложением электродов по Тищенко. Уровень насыщения крови кислородом (SaO2) измерялся пульсовым оксиметром SO 3 DX (USA) модель Mini SpО₂.

Для оценки состояния внешнего дыхания и сердечно-сосудистой системы использовалась велоэргометрическая проба со стандартными нагрузками, мощностью 3 Вт/кг. Уровень физической работоспособности и аэробных возможностей организма оценивался по показателям теста PWC150 для нетренированных лиц (Карпман В.Л., 1988).

В образцах крови определяли содержание эритроцитов (RBC), гемоглобина (Hb), среднюю концентрацию гемоглобина в эритроците (MCHC), гематокрит (Ht) общепринятыми лабораторными методиками. Исходя из этого рассчитывали кислородную емкость крови (КЕК), содержание О₂ в артериализированной (СаО₂) и смешанной венозной (СvО₂) крови. На основании этих данных определяли скорость транспорта О₂ артериальной (QaO₂) (Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д., 2012) и смешанной венозной (QvО₂) кровью (Колчинская А.З., 1981), артерио-венозную разницу по кислороду ( (a-v) О₂) (Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д., 2012), коэффициент утилизации кислорода тканями (КУ О₂) (Колчинская А.З., 1981).

Статистическая обработка данных для расчёта средней величины показателей и критерия достоверности (t) Стьюдента проводилась с использованием компьютерной программ. В качестве достоверности оценки результатов использовались вероятности p < 0,05, принятые в биологических исследованиях (Лакин Г.Ф., 1990).

III. Результаты исследования и их обсуждение

3.1 Реакции внешнего дыхания, газообмена и сердечно-сосудистой системы при нормобарической гипоксии у лиц первого и второго зрелого возраста

В соответствии с задачами на первом этапе было проведено исследование реактивности кардиореспираторной системы при различных уровнях гипоксических воздействий в группах лиц первого и второго зрелого возраста. Исследование включало в себя ступенчатое снижение содержания О₂ в ГГС (15% - 13% - 10% О₂) с пребыванием на каждой гипоксической ступени в течение пяти минут, с трехминутным периодом дыхания атмосферным воздухом между ними.

Известно, что одним из объективных критериев степени гипоксической гипоксии является уровень оксигенации крови. Полученные данные свидетельствуют, что при возрастающих уровнях гипоксии SаО₂ во всех группах снижается в соответствии с изменениями содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. При этом, если при дыхании ГГС с 15% О₂ SаО₂ в первой группе снижается на 2,6% (р<0,05), то во второй - на 8,8% (р<0,05), что свидетельствует о более выраженной артериальной гипоксемии, развивающейся при умеренной гипоксической гипоксии. Подобные изменения во второй группе зрелого возраста сохраняется и при дальнейшем снижении содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Так, при дыхании ГГС с 13% и 10% О₂ SаО₂ в группе лиц первого зрелого возраста на 3,0% (р<0,05) и 4,0% (р<0,05) выше, чем в первой возрастной группе (Таблица 1). Одной из причин выраженной артериальной гипоксемии в группе второго зрелого возраста, очевидно, является возрастное снижение эффективности газообмена, ухудшение вентиляторных и перфузионных отношений в легких (Коркушко О.В., 2009).

Действительно, результаты исследования показали, что прирост вентиляции при ГГС с 15-13-10% О₂ составил в первой возрастной группе 24,3% (р<0,05), 46,9% (р<0,05) и 86,9% (р<0,05). В группе лиц 45-60 лет показатель увеличивается на 17,3% (р<0,05), 46,9% (р<0,05) и 36,7% (р<0,05) соответственно, что свидетельствует о сравнительно низкой реактивности внешнего дыхания при гипоксии, приводящей к более выраженной артериальной гипоксемии. Очевидно, это связано со снижением чувствительности периферических хеморецепторов и дыхательного центра к гипоксии, что в условиях возрастных и структурных изменений создает предпосылки для возникновения скрытой тканевой гипоксии в различных органах и тканях (Чеботарев Н.Д., 2011).

Известно, что важным механизмом компенсации артериальной гипоксемии являются изменения гемодинамики, определяющие доставку кислорода в органы и ткани (Колчинская А.З., 1998, Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д., 2012). Результаты исследования показали, что при возрастающей гипоксии (15-13-10% О₂) частота сердечных сокращений в первой возрастной группе увеличивается на 7,3% (р<0,05), 11,7% (р<0,05) и 27,3% (р<0,05). При этом во второй группе при всех уровнях гипоксического воздействия показатель практически не изменяется (Таблица 1). Известно, что интегральным показателем работы сердца является минутный объем кровообращения. Результаты исследования показали, что при возрастающей гипоксии имеет место тенденция к увеличению Q в обеих группах (Таблица 1). При этом механизм поддержания Q при гипоксии имеет свои выраженные особенности. Так, в группе первого зрелого возраста увеличение HR при дыхании ГГС с 13% -10% О₂ сопровождается некоторым снижением ударного объема сердца, что указывает на активацию хронотропных влияний на миокард, очевидно, в результате повышения тонуса симпатической нервной системы и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы при гипоксии (Колчинская А.З., 1998, Зеркалова Ю.Ф., 2008). В группе лиц второго зрелого возраста, по видимому, преобладают инотропные влияния на сердце, о чем свидетельствуют тенденции к повышению сердечного выброса при снижении HR. Полученные данные указывают на наличие возрастных особенностей реагирования сердечно-сосудистой системы на возрастающую гипоксию в исследуемых группах.

Известно, что при гипоксии изменяется тонус сосудов микроциркуляции, оказывая существенное влияние на работу сердца и показатели гемодинамики (Шукуров Ф.А., 2010). Полученные данные свидетельствуют, что в контрольных исследованиях систолическое и диастолическое давление в группе первого зрелого возраста находится в пределах возрастной нормы, во второй - отмечается легкая степень артериальной гипертензии (Таблица 1). Установлено, что уже при дыхании ГГС с 15% О₂ в обеих группах появляются тенденции к снижению Ps и Pd, которые сохраняются при дыхании ГГС с 13% и 10% О₂ (р<0,05). Характерно, что в период восстановления между дыханием ГГС наблюдается тенденция к изменению артериального давления в сторону контрольных данных. Однако, после дыхания ГГС с 13% и 10% О₂, восстановления показателя в течение трех минут в нормоксии не происходит, что свидетельствует о коммулятивном эффекте прерывистой гипоксии.

Результаты исследования показали, что при легкой степени гипоксии (ГГС с 15% О₂) Vo₂ в обеих группах увеличивается на 26% (р<0,05), при дыхании ГГС с 13% и 10% О₂, потребление кислорода в первой группе возрастает на 78,5% (р<0,05) и в 2,2 раза (р<0,05); во второй группе эти изменения составили 54,3% (р<0,05) и 66,6% (р<0,05). Поскольку Vo₂ характеризует уровень метаболических процессов, полученные данные свидетельствуют о сравнительно низкой реактивности тканевого дыхания во второй возрастной группе при выраженных гипоксических стимулах (дыхание ГГС с 13% и 10% O₂). Исходя из этого можно полагать, что при сравнительно низкой реактивности газотранспортных систем и уровне окислительного метаболизма у лиц второго зрелого возраста возникают предпосылки для более выраженного дефицита О₂ в органах и тканях в диапазоне прерывистых гипоксических воздействий (ГГС с 15% -13% -10% О₂), по сравнению с группой первого зрелого возраста.

Таблица 1. Возрастные изменения газообмена, внешнего дыхания и гемодинамики у лиц первого и второго зрелого возраста (M±m)

Примечание: * - различия достоверны по сравнению с контрольными данными, (р<0,05), # - различия достоверны по сравнению с группой первого зрелого возраста, (р<0,05).

Таким образом, результаты исследования свидетельствуют, что реактивность внешнего дыхания, газообмена и сердечно-сосудистой системы в группе лиц второго зрелого возраста при гипоксии ниже, чем в группе первого зрелого возраста, что ограничивает возможности компенсации тканевого дефицита О₂ при снижении его концентрации во вдыхаемом воздухе.

Для решения поставленных задач, после трехнедельного курса гипоксических тренировок была повторно проведена проба с гипоксической нагрузкой. Результаты исследования показали, что при дыхании ГГС с 15% О₂ в группе лиц 30-44 лет достоверного снижения SаО₂ не происходит. При дальнейшем снижении содержания О₂ в ГГС до 10% SаО₂ снижается на 8,6% (р<0,05), что на 5,4% (р<0,05) выше, чем в контрольных исследованиях. В группе лиц второго зрелого возраста отмечена подобная динамика изменений. Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что адаптация к гипоксии приводит к повышению сродства Hb к О₂, на фоне сравнительно высокой оксигенации артериальной крови в обеих группах.

При оценке реактивности внешнего дыхания установлено, что после курса ПНГТ в группе лиц первого зрелого возраста отмечается снижение вентиляторного ответа на действие возрастающей гипоксии. Так в ответ на дыхание ГГС с 10% О₂ V_E повышается на 46% (р<0,05), что на 16,9% (р<0,05) меньше, чем в контроле. При этом динамика f значительно менее выражена при всех гипоксических стимулах, чем в контрольных исследованиях. Следует отметить, что в группе лиц второго зрелого возраста реактивность V_E при возрастающей гипоксии несколько повышается, что может быть связано с усилением чувствительности дыхательного центра к гипоксии. Отмечено снижение f по сравнению с контрольными данными, при тенденции к повышению V_T (р<0,05). Таким образом, курс гипоксической тренировки приводит к адаптации и снижению реактивности дыхательной системы лиц второго зрелого возраста к действию острой гипоксии.

3.2 Влияние прерывистой гипоксической тренировки на функциональное состояние внешнего дыхания у лиц первого и второго зрелого возраста

В соответствии с решением поставленных задач было проведено исследование возрастных особенностей внешнего дыхания в группах лиц первого и второго зрелого возраста и их изменения под влиянием ПНГТ. Результаты исследования позволили выявить выраженные различия ряда показателей внешнего дыхания в исследуемых группах. Так, в контрольных исследованиях (до ПНГТ) Vc во второй возрастной группе снижен, по сравнению с первой, на 30% (р<0,05) что можно соотнести с различием массы тела испытуемых. При этом, в группе достоверно снижены FVc, FEV и FEF, что, очевидно, связано с возрастными морфофункциональными изменениями аппарата внешнего дыхания (Коркушко О.В., 2011).

Возрастные различия установлены и со стороны проводящих путей легких. Так, в группе лиц 45-60 лет отмечается ухудшение проводимости дыхательных путей легких на всех уровнях генерации бронхиального дерева, о чем свидетельствуют достоверно низкие значения MEF 25-75 (Таблица 2). Можно полагать, что эти особенности аппарата внешнего дыхания, могут потенциально ограничивать функциональные резервы респирации в группе лиц второго зрелого возраста. При этом, оценивая динамические характеристики внешнего дыхания, установлено, что в состоянии относительного мышечного покоя выраженных различий в легочной вентиляции, частоте и глубине дыхания не отмечается, поскольку их регуляция осуществляется в соответствии с метаболическими процессами в организме (Чеботарев Н.Д., 2009).

Гипоксическая гипоксия приводит к соответствующим изменениям легочной вентиляции (Таблица 1) и ее использование в виде ежедневных тренировочных сеансов приводит к возникновению адаптивных изменений аппарата внешнего дыхания.

Результаты исследования показали, что после курса ПНГТ в обеих группах улучшается проходимость воздухоносных путей на всех уровнях генерации бронхов (Таблица 2). Так, в группе лиц первого зрелого возраста после курса ПНГТ увеличение MEF 25-75 составило 9,0% (р<0,05), 3,5% (р>0,05) и 11,5% (р<0,05), соответственно. В группе лиц второго зрелого возраста эти показатели увеличились на 8,0% (р<0,05), 6,8% (р<0,05) и 15,8% (р<0,05). При этом, несмотря на положительный прирост показателей, абсолютное значение MEF 25-75 в группе лиц второго зрелого возраста по своим величинам не достигает их уровня, отмеченного в группе лиц 30-44 лет.

Таблица 2. Характеристики внешнего дыхания у лиц первого и второго зрелого возраста до и после курса ПНГТ (M±m)

Примечание: * - различия достоверны по сравнению с контрольными данными, (р<0,05),

# - различия достоверны по сравнению с группой первого зрелого возраста, (р<0,05).

Наряду с увеличением бронхиальной проводимости курс ПНГТ приводит к повышению FVc в первой возрастной группе на 11,0% (р<0,05) и 22,5% (р<0,05) - во второй. При этом Vc в обеих группах не изменяется. Практически без изменений остаются динамические характеристики внешнего дыхания - V_E, f, V_T, величина которых соответствует уровню метаболических процессов в состоянии относительного мышечного покоя, и при нормоксии мало отличается от контрольных данных.

Таким образом, прерывистая гипоксическая тренировка практически не влияет на объемные показатели внешнего дыхания (Vc) и на динамические (V_E, f и V_T) характеристики, которые в состоянии мышечного покоя регулируются в зависимости от метаболических процессов. При этом отмечается выраженное влияние гипоксической тренировки на повышение проводимости крупных, средних и мелких бронхов, отмеченное в обеих возрастных группах.

3.3 Влияние гипоксической тренировки на изменение сердечно-сосудистой системы у лиц первого и второго зрелого возраста

Важным звеном, определяющим эффективность компенсации гипоксии является сердечно-сосудистая система, определяющая доставку кислорода в органы и ткани (Колчинская А.З., 1982). Результаты исследования показали, что в контрольных исследованиях (до курса ПНГТ) выраженных возрастных различий Q, HR и Qs в группах не отмечается (Таблица 3). Исследования артериального давления, проведенные до курса ПНГТ в группе лиц первого зрелого возраста, свидетельствуют, что показатели находятся в пределах физиологической нормы. В группе лиц второго зрелого возраста отмечена легкая степень артериальной гипертензии, при относительно повышенном ОПСС (p<0,05). В соответствии с литературными данными, легкая степень повышения артериального давления не является противопоказанием к использованию гипоксической тренировки (Горанчук В.В., 2003). Результаты проведенных исследований показали, что однократный сеанс нормобарической гипоксии сопровождается выраженным снижением Ps и Pd (Таблица 1). С учетом уровня артериального давления и его реакции на разные уровни гипоксии в возрастных группах были определены ступенчато-возрастающие режимы ПНГТ, при которых выраженные гипоксические стимулы (10% О₂) использовались после предварительной адаптации в конце второй и на протяжении третьей недели тренировки.

Таблица 3. Изменение сердечно-сосудистой системы до и после курса ПНГТ у лиц первого и второго зрелого возраста.

Примечание: * - различия достоверны по сравнению с контрольными данными, (р<0,05), # - различия достоверны по сравнению с группой первого зрелого возраста, (р<0,05).

Результаты исследования показали, что после курса ПНГТ Ps в группе второго зрелого возраста снижается в среднем на 10 мм рт. ст. При этом Pd снижается на 12 мм рт. ст. Последующий мониторинг артериального давления на протяжении первых 7 суток после курса ПНГТ свидетельствует о незначительных индивидуальных вариациях артериального давления при стабильно сниженном Ps ниже 130 мм рт. ст и Pd ниже 90 мм рт. ст. Наряду с изменением артериального давления в группе лиц 45-60 лет отмечено достоверное снижение ОПСС в среднем на 12% (р<0,05). Известно, что гипоксическая гипоксия и адаптация к дефициту О₂ приводит к выраженной вазодилатации и пролиферации периферических сосудов, степень выраженности которых имеет органоспецифический характер (Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д., 2012).

Имеются экспериментальные и клинические исследования о прекондиционирующем и посткондиционирующем действии прерывистой (интервальной) гипоксии (Шидаков Ю.Х. - М., Каркобатов Х.Д., 2001, Горанчук В.В., 2003, Сагидова С.А., 2009) на миокард левого и правого желудочков сердца. Показан положительный эффект гипоксии на уровне клеточных и субклеточных структур миокарда (Каркобатов Х.Д. 1998-2007), стимуляция ангиогенеза (Шидаков Ю.Х. - М с соавт., 2001) и повышение сократительной способности сердца (Каркобатов Х.Д., 2007). Можно полагать, что совокупность указанных изменений определяет саногенный эффект адаптации сердечно-сосудистой системы к действию прерывистой нормобарической гипоксии, отмеченный в группе второго зрелого возраста. Установлено, что описанные реакции снижения Ps и Pd характерны и для группы лиц первого зрелого возраста (Таблица 1). При этом курс ПНГТ приводит к выраженному снижению ОПСС в группе на 21% (р<0,05<0,05) с тенденцией к снижению Pd, что может служить подтверждением адаптивных изменений сердца и периферических сосудов. При этом выраженных изменений Ps в группе не наблюдается, хотя имеется тенденция к некоторому его снижению.

Наряду с отмеченными сосудистыми изменениями имеет место изменение основных показателей работы сердца. Установлено, что курс ПНГТ приводит к снижению HR в группе лиц первого зрелого возраста на 8,5% (р<0,05), второго - на 7% (р>0,05). При этом Qs возрастает на 6,5% (р<0,05) в первой и на 13,1% (р<0,05) во второй группе. Эти данные свидетельствуют о некотором снижении хронотропных и повышении инотропных влияний на сердце после курса ПНГТ, которые выражены в большей степени в группе лиц 45-60 лет. Интегральным показателем этих тенденций может служить изменение минутного объема кровотока после курса ПНГТ. Так, в группе лиц 30-44 лет после курса ПНГТ Q снижается на 14,3% (р<0,05), а в группе лиц второго зрелого возраста имеет место повышение объемного кровотока на 11,3% (р<0,05). Полученные данные свидетельствуют о тенденциях к экономизации функций сердца после курса ПНГТ, на что указывает снижение частотных характеристик работы сердца (HR) и повышение объемных (Qs). Подобная тенденция отмечается и в группе лиц 45-60 лет с той разницей, что при снижении частотных и повышении объемных характеристик увеличивается Q (р<0,05), что наряду с экономичностью указывает на повышение эффективности работы сердца, обеспечивая соответствующий прирост минутного объема кровотока, который прямо зависит от уровня метаболических процессов и кислородного запроса организма (Гайтон А., 1969, Фолков, Нейл, 1973). Таким образом, курс ПНГТ приводит к снижению ОПСС, снижению артериального давления, наиболее выраженным у лиц второго зрелого возраста, на фоне повышения эффективности и экономичности работы сердца в обеих группах.

3.4 Изменение газотранспортной функции крови и механизмы кислородного обеспечения организма у лиц первого и второго зрелого возраста после курса гипоксической тренировки

Известно, что состояние газотранспортной функции крови является важным звеном, определяющим эффективность транспорта О₂ и кислородного обеспечения органов и тканей (Колчинская А.З., 1982, Балыкин М.В. с соавт 2002-2012). Установлено, что с возрастом отмечается ухудшение гемопоэза, количества и структуры эритроцитов, содержания Hb и изменения его сродства к О₂ (Коркушко О.В., 2001-2011). В рамках контрольных исследований был проведен сравнительный анализ показателей газотранспортной функции крови и механизмов кислородного обеспечения организма лиц первого и второго зрелого возраста до и после курса ПНГТ.

Таблица 4. Состояние кислородтранспортной функции крови у лиц первого и второго зрелого возраста до и после курса ПНГТ

Примечание: * - различия достоверны по сравнению с контрольными данными, (р<0,05), # - различия достоверны по сравнению с группой первого зрелого возраста, (р<0,05).

Результаты исследования показали, что до курса ПНГТ содержание эритроцитов в крови и гематокрит не имеют выраженных отличий в группах и находятся в пределах физиологической нормы (Таблица 4). При этом содержание Hb во второй возрастной группе на 7,3% (р<0,05) ниже, чем в группе лиц первого зрелого возраста. Это приводит к соответствующему снижению кислородной емкости и содержания О₂ в артериальной крови в старшей возрастной группе, что сказывается на количественных показателях доставки кислорода в ткани, которые определяются объемной скоростью кровотока (QaO₂) и CaO₂. Результаты исследования показали, что в состоянии мышечного покоя артериальный транспорт О₂ в группе лиц 45-60 лет на 17,1% (р<0,05) ниже, чем в первой группе, что создает определенные предпосылки для ухудшения кислородного обеспечения организма. При этом оказалось, что уровень Vo₂, характеризующий уровень окислительного метаболизма в обеих группах практически не различается (Таблица 4). Это возможно в случае увеличения утилизации О₂ из единицы притекающей в органы и ткани крови (Балыкин М.В., Каркобатов Х.Д. 2012). Действительно, результаты исследования свидетельствуют, что в группе лиц второго зрелого возраста содержание О₂ в смешанной венозной крови достоверно снижено на 19,1% (р<0,05). Это приводит к достоверно высокой артерио-венозной разнице по кислороду и повышенному на 6,3% (р<0,05) коэффициенту утилизации О₂ тканями. Полученные данные свидетельствуют, что при одинаковом уровне окислительного метаболизма, механизмы его обеспечения имеют свои особенности. Так, в группе лиц первого зрелого возраста удовлетворение кислородного запроса организма осуществляется за счет сравнительно высокого минутного объема кровообращения и содержания О₂ в артериальной крови, определяющих повышенную доставку О₂, в соответствии с уровнем окислительного метаболизма. В группе лиц 45-60 лет складываются иные соотношения: при некотором снижении Q и CaO₂ уменьшается количество доставляемого в органы и ткани О₂. При этом кислородное обеспечение организма (Vo₂) компенсируется за счет сравнительно высокой способности тканей к утилизации О₂.

Известно, что гипоксия активизирует гемопоэз, оказывает существенное влияние на сродство Hb к O₂ и приводит к формированию тканевой адаптации к дефициту О₂ (Колчинская А.З., 1983, Филиппов М. М., 1983). При этом вопрос об изменении этих показателей в соответствии с возрастом остается открытым. Исходя из этого, в рамках исследования были изучены изменения газотранспортной функции крови и механизмы кислородного обеспечения организма лиц первого и второго зрелого возраста под влиянием курса ПНГТ (Таблица 4).

Результаты исследования показали, что курс гипоксической тренировки приводит к повышению содержания эритроцитов (р<0,05) в группе лиц 45-60 лет, без выраженных изменений у лиц первого зрелого возраста. При этом отмечено повышение Hb в обеих группах: в первой - на 12,7% (р<0,05), во второй - на 11,2% (р<0,05), на фоне достоверного увеличения средней концентрации Hb в эритроцитах (р<0,05). Очевидно, это связано с усилением эритропоэза под действием гипоксических воздействий, увеличением в крови числа "молодых" эритроцитов и ускорением гибели "старых". В результате в обеих группах отмечается увеличение КЕК (р<0,05) и СаО₂ (р<0,05) в единице объема крови, что создает предпосылки для повышенной доставки О₂ в органы и ткани.

Отмеченное в исследовании снижение Q у лиц первого зрелого возраста и тенденции к его увеличению в группе второго после курса ПНГТ (Таблица 3), приводят к изменению соотношений в системе кислородного обеспечения организма, отмеченные до гипоксической тренировки (Таблица 4). Так, несмотря на увеличение содержания Hb, КЕК и СаО₂, артериальный транспорт О₂ в первой группе имеет тенденцию к снижению, в результате снижения Q. При этом, незначительно увеличивается артерио-венозная разница (на 27,2 (р<0,05)) и КУ О₂ (на 5,5% (р<0,05)), в результате повышения СаО₂, что указывает на важную роль Hb и повышения КЕК в механизмах кислородного обеспечения тканей после гипоксической тренировки.

Таким образом, установлено, что курс ПНГТ приводит к повышению кислородтранспортной функции крови на фоне экономизации работы сердца, определяющих адекватный уровень окислительного метаболизма.

Результаты исследования показали, что на фоне увеличения содержания эритроцитов, Hb и СаО₂ после курса ПНГТ в группе лиц второго зрелого возраста имеют место определенные различия в механизмах кислородного обеспечения организма, описанные для группы первого зрелого возраста. Так, после курса ПНГТ в группе отмечается достоверное повышение Vo₂ на 38,1% (р<0,05), что свидетельствует об усилении окислительного метаболизма. При этом, если в группе лиц 30-44 лет отмечалось некоторое снижение QaO₂, то в этой группе артериальный транспорт О₂ достоверно увеличивается на 19,7% (р<0,05). На этом фоне отмечается снижение CvO₂ и достоверное увеличение артерио-венозной разницы по О₂ на 30% (р<0,05) и КУ О₂ на 5,3% (р<0,05), что на 6,1 % (р<0,05) выше данных, отмеченных в первой возрастной группе. Эти данные свидетельствуют о формировании тканевой адаптации и повышении тканевого дыхания в группе после курса ПНГТ, которые на фоне увеличения Q и артериального транспорта О₂ способствуют улучшению окислительных процессов в организме.

Таким образом, результаты исследования свидетельствуют, что курс ПНГТ приводит к повышению кислородтранспортной способности крови в обеих группах. При этом кислородное обеспечение организма в группе лиц первого зрелого возраста осуществляется за счет кислородсвязывающей способности крови и повышения утилизации О₂ тканями, на фоне экономизации функции сердечно-сосудистой системы; в группе второго зрелого возраста - за счет увеличения доставки О₂ и повышения эффективности тканевого дыхания.

3.5 Изменение физической работоспособности после курса гипоксической тренировки у лиц зрелого возраста

Для оценки функционального состояния кислородтранспортной системы испытуемые до и после курса ПНГТ выполняли стандартную велоэргометрическую (3 Вт/кг). Для оценки аэробных резервов и физической работоспособности использовали двухступенчатый велоэргометрический тест (PWC₁₅₀), адекватный для лиц зрелого и пожилого возраста (Карпман В.Л., 1988).

зрелый возраст нормобарическая гипоксия

Результаты исследования показали, что при стандартной велоэргометрической нагрузке отмечается закономерное увеличение потребления кислорода, легочной вентиляции, объемных и частотных характеристик дыхания в обеих группах. При сопоставлении этих показателей между группами оказалось, что при стандартных нагрузках уровень Vo₂ в группе лиц второго зрелого возраста на 21,1% (р<0,05) выше, чем в группе сравнения, что свидетельствует о повышенной кислородной стоимости выполняемой работы (Волков Н.И., 2009). При этом легочная вентиляция во второй группе увеличивается в 7,6 раза (р<0,05), что на 9,5% (р<0,05) превышает данные в группе лиц 30-44 лет. Характерно, что увеличение V_Е происходит на фоне выраженного тахипное, когда частота дыхания в группе второго зрелого возраста на 20,4% (р<0,05) выше показателя в первой группе (Таблица 5).

Установлено, что после курса ПНГТ имеет место снижение кислородной стоимости работы. Так, уровень Vo₂ при стандартной велоэргометрической нагрузке в группе лиц первого зрелого возраста снижается на 45% (р<0,05), во второй группе - на 33,5% (р<0,05). Уменьшение кислородной стоимости работы сопровождается снижением вентиляторного ответа на стандартные физические нагрузки. Так, реакции легочной вентиляции в группе лиц первого зрелого возраста на стандартную нагрузку снизилась на 11,1% (р<0,05), при уменьшении частоты дыхания на 18,3% (р<0,05). В группе лиц 50-60 лет вентиляторный ответ на нагрузку снизился на 10,2% (р<0,05), а f - на 28,9% (р<0,05), при выраженном увеличении дыхательного объема (Таблица 5).

Таким образом, курс ПНГТ приводит к снижению кислородной стоимости стандартной физической нагрузки, которая сопровождается меньшим приростом легочной вентиляции и частоты дыхания при увеличении дыхательного объема в обеих возрастных группах, что указывает на экономизацию метаболических процессов и функций внешнего дыхания, связанных с адаптацией к гипоксии.

Известно, что индикатором функционального состояния сердечно-сосудистой системы является выраженность реакций на физические нагрузки. Результаты исследования показали, что при стандартной физической нагрузке до курса ПНГТ Q в группах увеличивается в одинаковой степени - в 2,6 - 2,8 раза (р<0,05). При этом HR увеличивается в первой группе на 77% (р<0,05), во второй - на 98% (р<0,05), при меньшем приросте ударного объема у лиц второго зрелого возраста.

Реакции артериального давления на нагрузку однонаправлены в обеих группах и изменяются по нормотоническому типу: Ps увеличивается на 29% (р<0,05) и 25% (р<0,05), при снижении Pd на 10% (р>0,05) и 13% (р>0,05) в группах лиц первого и второго зрелого возраста, соответственно. После курса ПНГТ реактивность сердечно-сосудистой системы при стандартной физической нагрузке изменяется. Так, степень прироста HR в первой возрастной группе составляет 60% (р<0,05) (77% до ПНГТ), во второй - 77% (р<0,05) (98% до ПНГТ). При этом в обеих группах достоверно увеличивается ударный объем сердца, что обеспечивает высокий уровень Q, количественно мало отличающийся от контрольных значений до ПНГТ. Эти данные свидетельствуют об увеличении сократимости миокарда и экономизации функций сердца в результате гипоксической тренировки.