THE REACTION OF THE HEART AND SYSTEMIC HEMODYNAMICS IN PHYSICAL STRESS IN HUMANS DURING ADAPTATION TO COLD

Full Text

Дерновой Б. Ф. Реакция сердца и системной гемодинамики на физическую нагрузку у человека при адаптации к холоду // Экология человека. 2017. № 3. С. 27-31. Dernovoy B. F. The Reaction of the Heart and Systemic Hemodynamics in Physical Stress in Humans during Adaptation to Cold. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2017, 3, pp. 27-31. В последнее время повышенный интерес вызывает проблема неблагоприятного воздействия природноклиматических условий Севера на человека [17]. Для этого региона характерны жесткие климатические, быстроизменяющиеся экстремальные погодные условия, вызывающие приспособительные изменения в организме [2, 3, 13, 14]. При изучении влияния природных явлений на жизненные функции особого внимания заслуживает термический фактор [1]. Он, 27 как известно [2, 7, 13], оказывает модулирующее влияние на функцию кровообращения и дыхания, являясь одним из главных компонентов сурового климата северных территорий [1, 4]. Физиологическим индикатором эффективности адаптации систем, поддерживающих гомеостазис организма, является физическая нагрузка (ФН). Установлено, что активная мышечная деятельность человека предъявляет повышенные требования к организму, вызывая наибольшие Экологическая физиология Экология человека 2017.02 приспособительные сдвиги в системе кровообращения [12]. При этом в обеспечении органов кислородом важное место занимает гемоциркуляция респираторной системы, значение которой при неблагоприятных условиях внешней среды существенно возрастает [20]. Очевидно, что низкая температура воздушной среды будет оказывать заметное влияние на характер функционального ответа сердечно-сосудистой системы после ФН организма, который представляет особый научный интерес для изучения адаптации человека к абиотическим факторам среды. Вместе с тем изучение гемоциркуляции малого круга кровообращения при адаптации организма к неблагоприятным условиям рассматривается как одна из актуальных задач в современных тенденциях сравнительной физиологии сердечно-сосудистой системы [19]. В этой связи целью исследований стало изучение реакции системного кровообращения, хронотропной и инотропной функции сердца, гемодинамики в аорте и легочной артерии у северян до и после дозированной ФН, когда внешняя среда существенно отличалась по температуре. Методы В различные по суммарной термической нагрузке на организм человека сезоны - летний период (июнь), при средней температуре атмосферного воздуха 15,7 °С, и зимний (февраль), при средней температуре окружающей среды - 15,8 °С, проводились исследования одной и той же группы мужчин трудоспособного возраста, коренных жителей г. Сыктывкара (n = 15), не имеющих на момент исследования отклонений в здоровье. Возраст мужчин в среднем соответствовал 37 (21-54) годам, масса тела - 85,5 (69-98,7) кг, рост - 183 (170-198) см. Все исследования осуществлялись с информированного согласия испытуемых в условиях кабинета функциональной диагностики при температуре в помещении (21,0 ± 1,0) °С. В целях соблюдения единого подхода в регистрации параметров гемоциркуляции до и после ФН на организм выполнялись следующие условия. Испытуемым, сразу после принятого ортоклиностатического положения на левом боку, в течение первых двух минут проводилось исследование исходных морфофункциональных параметров сердца и артериального давления. Затем, приняв вертикальное положение, испытуемые выполняли дозированную ФН (проба Кевдина - 40 приседаний за 30 с). После пробы испытуемые вновь принимали положение лежа на левом боку, и в течение последующих двух минут изучалась ответная реакция сердца и системной гемоциркуляции на мышечную нагрузку. Измерение частоты сердечных сокращений (ЧСС), морфофункциональных параметров сердца: КДрЛЖ (конечно диастолический размер левого желудочка), КСрЛЖ (конечно систолический размер левого желудочка), дЛп (переднезадний размер полости левого предсердия); дЛег (диаметр полости корня легочной артерии в систолу); УО (ударный объем); VАо (скорость кровотока в аорте); ^Лег (скорость кровотока в легочной артерии) проводилось в М, В и в режиме допплеровского исследования датчиком 3,5 мц в общепринятых позициях [16, 18] на аппарате «Sonoace 8000EX», Medison (Корея). Расчеты УО производились автоматически программой ультразвукового сканера по формуле Тейхольца [18]. Минутный объем кровообращения (МОК) рассчитывался по общеизвестной формуле [18]. Артериальное систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) давление измерялось на полуавтоматическом измерительном приборе «ОМРОН-М1 Plus» (Япония) в периоды эхокардиографии. Различия между попарно связанными вариантами исследованной выборки оценивали с помощью W-критерия Вилкоксона [15]. Для расчетов использован непараметрический критерий. Критическим уровнем статистической значимости принималось p < 0,05. Результаты обрабатывали с помощью программы Primer of Biostatistics v4.03. Данные представлены как среднее арифметическое (M) и стандартное отклонение (± 5). Результаты Установлено, что у исследуемых в состоянии физического покоя различий в показателях артериального давления, морфометрических параметров сердца и кардиогемодинамики в контрастные по температуре сезоны года не обнаружено. Замечено, что вне зависимости от термического режима внешней среды реакция системной гемодинамики на мышечную нагрузку характеризовалась повышением систолического артериального давления (таблица). При этом морфофункциональные параметры сердца характеризовались повышением ЧСС, УО, МОК, Структурно-функциональные показатели сердца и системной гемодинамики у мужчин (n = 15) в разные сезоны года в фоне и после дозированной физической нагрузки (М ± 5) Июнь Февраль Параметр Фон После ФН Фон После ФН дЛег, мм 22,1 ± 1,52 24,1 ± 1 74** 22,3 ± 1,7 24,17 ± 1,68** дЛп, мм 38,1 ± 1,43 40,1 ± 1,49** 38,2 ± 2,17 40,0 ± 1,91* КДрЛЖ, мм 55,3 ± 3,66 57,0 ± 3,29 54,8 ± 3,97 56,9 ± 2,84 КСрЛЖ, мм 35,4 ± 3,37 33,2 ± 3,07* 34,7 ± 3,72 31,3 ± 3,46** VAo, см-с-1 97,6 ± 17,3 129,1 ± 19,5*** 93,0 ± 13,5 124,4 ± 19,5*** ^Лег, см-с-1 66,4 ± 8,4 78,9 ± 11 4** 71,2 ± 10,6 78,8 ± 14,1 УО, мл 97,7 ± 16,5 115,7 ± 17,2** 97,0 ± 20,7 120,3 ± 17 1*** МОК, мл-мин-1 6562,6 ± 1415,8 10931,7 ± 2775,5*** 6594,4 ± 1622,3 10154,2 ± 1792,8*** ЧСС, уд-мин-1 67,2 ± 9,42 94,4 ± 17,21** 67,9 ± 8,18 84,4 ± 9,15** САД, мм рт. ст. 125,9 ± 7,03 145,0 ± 11,64** 129 ± 7,82 154,1 ± 9,32** ДАД, мм рт. ст. 75,4 ± 9,5 77,6 ± 7,29 78,5 ± 11,06 76,2 ± 10,29 Примечание. Значимость реакции на нагрузку: * - р < 0,05; ** - р < 0,01; *** - р < 0,001. 28 Экология человека 2017.02 Экологическая физиология скорости трансаортального кровотока, увеличением дЛег, дЛп, уменьшением КСрЛЖ. Зимой, в отличие от теплого периода года, после ФН больше увеличивалось систолическое артериальное давление (р = 0,04), меньше повышалась скорость кровотока в легочной артерии (р = 0,048) и частота сердечных сокращений (р = 0,003). Обсуждение результатов Немало работ было посвящено изучению особенностей функционирования физиологических систем человека, проживающего на Севере [3-8, 13]. Во многом такой интерес вызван созданием условий для сохранения здоровья и увеличения продолжительности жизни людей, проживающих и работающих на территориях, входящих в арктическую и субарктическую климатические зоны с неблагоприятными природными условиями. Влияние средовых факторов на функциональное состояние организма человека многообразно [7, 14]. Установлено, что в период приспособления организма к изменяющимся условиям кардиореспираторная система одна из первых включается в реакцию адаптации и характеризуется функциональной сезонной асимметрией [7, 8]. В проведенных исследованиях у испытуемых измеряемые параметры в состоянии физического покоя соответствовали общепринятым нормам [16] и не имели сезонных отличий. Отсутствие различий, очевидно, вызвано методикой проведения исследования, когда замеры морфометрических параметров и параметров гемоциркуляции проводились сразу после изменения положения тела. В это время гомеостазис кровообращения не имел статичных сезонных значений и был, как установлено, однородным в измеряемые периоды. Дозированные ФН, применяемые как тесты функционального состояния и реагирования сердечно-сосудистой системы человека, широко используют в клинике и физиологии. В нашем случае была использована проба Кевдина, которая в сравнении с пробой Мартине вызывала большую мышечную работу за отрезок времени и была направлена на увеличение гемоциркуляции организма, повышение потребления кислорода в клеточном обмене и обнаружение особенностей реакции системы кровообращения в контрастные по температуре сезоны года. Установлено, что после ФН функционирование сердечнососудистой системы характеризовалось известной [12] положительной хронотропной и инотропной функциями миокарда, повышением кардиогемодинамики и производительности сердца с повышением САД (см. таблицу). При этом обнаружена повышенная нагрузка на стенки корня легочной артерии и полости левого предсердия, свидетельствующая о нарастании объема гемоциркуляции в малом круге кровообращения. Следует отметить, что в обеспечении повышенной гемоциркуляции организма активно участвовал симпатический отдел вегетативной нервной системы, регулирующий центральное звено кровообращения (сердце), в то время как влияние его на тонус резистивных сосудов, оцениваемый по ДАД, был незаметен. Наряду с установленными сдвигами в кровообращении выявлена и сезонная асимметрия гемодинамики в легочной артерии. Она свидетельствовала о меньшем (на 8,2 %) увеличении скорости кровотока в начале малого круга кровообращения после ФН в холодный период года. Известно, что первичным звеном адаптационного процесса являются срочные реакции, которые возникают непосредственно вначале действия раздражителя [11]. И как считают авторы [10, 11], будучи важнейшей чертой этого этапа адаптации, характеризуют деятельность мобилизованного организма на пределе протекания его физиологических возможностей. Предполагается, что и в нашем случае сниженная реакция кровотока в пульмональной артерии вызвана адаптацией организма к ФН в условиях отставленного воздействия низких температур окружающей среды на человека [5] и его респираторную систему [13]. Так, физиологическая констрикция мелких бронхов в холодное время года [11, 13], вызывающая рефлекс Эйлера -Лильестранда [11, 19] с формированием регионарной волемической перестройки сосудов, приспосабливает гемоциркуляцию респираторной системы к неблагоприятному сезону года. И, как предполагаем, в связи с этим отмечается снижение скорости притока крови в малый круг кровообращения после кратковременной ФН. По-видимому, обнаруженный феномен сниженной реакции гемодинамики в легочной артерии зимой непродолжителен и при дальнейшем приспособлении организма к нагрузке нивелируется в условиях повышенного легочно-сосудистого сопротивления [11]. Предполагается, что обнаруженный факт следует расценивать как функциональную инертность реакции малого круга кровообращения на ФН, вызванной структурно-функциональной перестройкой кардиореспираторной системы у человека зимой. В то же время больше на 4,3 % повышалось САД, а нарастание ЧСС в ответ на ФН было меньше на 16,1 % в сравнение со значениями в летний период. Вероятно, эти отклонения свидетельствуют об акцентированной работе сердца при регионарном изменении гемодинамики в респираторной [11], церебральной [9] и кровеносной системах в дистальных отделах конечностей организма [5]. Таким образом, в ходе проведенных исследований установлено, что у человека зимой при адаптации к холоду вызванное кратковременной физической нагрузкой напряжение сердечно-сосудистой системы сопровождается большим, чем летом, увеличением систолического артериального давления, меньшим повышением гемодинамики в легочной артерии и хронотропной функции сердца.

About the authors

B F Dernovoy

Medical-Sanitary Unit of Ministry of Iinternal Affairs of theRussian Federation in Komi Republic

Email: dernowoy@yandex.ru

References

Supplementary files