FUNCTIONAL RESPONSE OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM OF NORTHERNERS TO COLD TEST IN TEMPERATURE CONTRAST YEAR SEASONS

Full Text

Актуальность изучения влияния окружающей среды на человека в последнее время связана не только с существенным изменением климата и сложной экологической ситуацией в ряде регионов страны, но и с решением задач по освоению арктических территорий. Жизнедеятельность в условиях Севера связана с интенсивным воздействием на организм жестких факто- 31 ров природной среды. Известно, что климатические условия высоких широт предъявляют повышенные требования к функциональным резервам организма и неблагоприятно влияют на физиологические системы человека [1, 7, 19]. Одним из основных природных факторов, определяющих суровость климата северных территорий и негативно воздействующих на северян, Экологическая физиология Экология человека 2016.10 является низкая температура окружающей среды [4, 16, 20], оказывающая модулирующее влияние на функцию жизненно важных систем организма [12, 14], и кровообращение в частности [6, 11, 17]. Известно, что влияние холода на организм даже в условиях применяемых мер защиты полностью не блокируется и оказывает свое воздействие на человека, возбуждая периферические холодовые терморецепторы наиболее доступных к охлаждению поверхностей лица и дистальных отделов нижних и верхних конечностей [3]. Установлено, что изменение системного артериального давления [8, 12] и дополнительная нагрузка на сердце [6] приходилась на холодные месяцы года, а локальное воздействие низких температур на человека понижало его работоспособность на тот же уровень, что и при охлаждении всего тела, вызывая функциональные изменения интракраниальной гемодинамики, производительности сердца, периферической и системной гемоциркуляции [4, 15]. Однако для дальнейшего изучения адаптивных изменений системы кровообращения человека, представляющих особый научный интерес, недостаточно сведений о характере функционального ответа интракардиальной и системной гемоциркуляции после локального охлаждения организма в периоды экстремальных температур воздушной среды. С этой целью исследованы особенности реагирования кардиогемодинамики и системного кровообращения северян после кратковременного воздействия холода на верхнюю конечность зимой и летом, когда внешняя среда имела наибольшие отличия по температуре. Методы В контрастные по температуре сезоны года изучали ответную реакцию сердечно-сосудистой системы молодых мужчин при кратковременном воздействии холода на организм. В обследованиях в июне и в декабре участвовали одни и те же студенты Сыктывкарского государственного университета (n = 14), коренные жители Республики Коми, не имеющие отклонений в состоянии здоровья, возраст которых составлял 20,5 (19-24) года, масса тела - 71 (65-86) кг, длина тела - 175,5 (168-185,5) см. До начала работ все испытуемые ознакомлены с целью и задачами предстоящих обследований. Было получено их мотивированное согласие на участие в исследованиях, которые проводились в кабинете функциональной диагностики госпиталя при температуре в помещении (19,0 ± 1,5) °С. Климатические условия в период проведения обследований существенно различались по температуре воздушной среды. Во второй декаде июня в среднем 14,3 °С, в первой декаде декабря - 17,2 °С. Действие холодовой пробы (ХП) заключалось в однократной иммерсии на 1 минуту правой кисти и дистального отдела предплечья обследуемого в емкость, наполненную водой с t = 4 °С. Методом эхокардиографии измеряли переднезадний размер корня аорты в фазу систолы, размер открытия створок аортального клапана и частоту сердечных сокращений (ЧСС) в М - модальном режиме в парастернальной позиции, по длинной оси левого желудочка. Количественные параметры внутрисердечного кровотока - линейную скорость ^лин) и время трансаортального кровотока в корне аорты в проекции максимального раскрытия створок аортального клапана в фазу систолы измеряли в импульсном режиме допплеровского исследования на ультразвуковом сканере MyLab Class C, фирмы ESAOTE, Италия, датчиком 3,5 мг в общепринятой позиции [21]. До начала исследования, в целях стабилизации кровообращения в клиностатическом положении организма, испытуемые в течение 5 минут находились на кушетке, в горизонтальном положении на левом боку, с последующим измерением исходных Показатели артериального давления испытуемых после воздействия холодовой пробы в июне и декабре Таблица 1 Ф.И.О. испытуемого Июнь Декабрь ФОН 1 5 8 ФОН 1 5 8 Сис. Диаст. Сис. Диаст. Сис. Диаст. Сис. Диаст. Сис. Диаст Сис. Диаст. Сис. Диаст. Сис. Диаст. К. А.М. 120 60 90 50 110 60 110 60 80 50 100 60 80 60 80 50 К. с.в 100 60 90 50 90 60 100 60 100 70 130 70 100 60 90 50 М. М.Н. 110 80 120 80 110 60 110 70 110 60 120 80 90 60 90 60 М. Ю.М. 120 60 110 60 100 60 120 70 100 60 120 80 100 70 90 60 Р. И.Н. 120 70 120 70 120 70 120 70 120 60 130 70 100 50 90 60 П. А.М. 90 60 80 50 80 60 90 60 90 60 100 60 90 60 80 50 Ч. М.А. 120 80 100 60 100 70 110 70 120 70 130 90 90 60 110 70 М.В.С. 100 80 100 70 110 70 100 70 110 70 110 70 100 60 90 70 Н. Р.А. 120 70 125 70 120 70 120 60 110 60 130 80 120 70 110 70 Д. А.М. 100 60 100 60 90 60 100 60 100 50 120 60 90 50 100 50 Ч. Ф.Ф. 120 70 100 60 110 60 110 60 90 60 100 60 100 60 90 60 П.М.М. 120 70 100 60 110 70 120 70 110 60 120 80 120 60 110 60 Ф. А.А. 90 60 100 70 90 60 80 60 110 60 120 60 110 60 100 60 М.Н.А. 120 60 100 60 100 60 90 50 90 60 100 70 90 60 90 60 M 110,7 67,1 102,5 62,1 102,8 63,6 105,7 63,5 102,8 60,7 116,4 70,7 98,6 60 94,3 59,3 SD 12,1 8,3 12,5 8,9 12,04 4,9 12,8 6,3 12,04 6,1 12,1 9,9 11,7 5,5 10,2 7,3 Примечание. 1 - АД после пробы через 1 минуту после охлаждения кисти; 5 - АД после пробы через 5 минут после охлаждения кисти; 8 - АД после пробы через 8 минут после охлаждения кисти. 32 Экология человека 2016.10 Экологическая физиология параметров до воздействия ХП. Далее, после охлаждения верхней конечности, не меняя положение тела, эходопплеркардиографические замеры производились на первой, пятой и восьмой минуте восстановительного периода после пробы. В это же время измеряли артериальное давление (АД) на правом плече по Короткову. По стандартным формулам [21] рассчитывали ударный (УО) и минутный (МОК) объем крови. Статистическую значимость различий между изучаемыми величинами устанавливали по критерию t-Стьюдента [10] с помощью программы Primer of Biostatistics version 4.03. Различия считались статистически значимыми при p < 0,05. Данные представлены как среднее арифметическое (M) и стандартное отклонение (±SD), поскольку подчинялись закону нормального распределения. Результаты Установлено, что в состоянии относительного покоя организма у молодых северян диастолическое артериальное давление зимой было ниже, чем летом (табл. 1), а кардиогемодинамика в сезон низких температур воздушной среды характеризовалась меньшей скоростью трансаортального кровотока и меньшими УО и МОК в сравнении с летними значениями (табл. 2). В относительно комфортный по температуре период года после ХП замечено снижение систоло-диасто-лического АД, которое сохранялось на протяжении исследуемого восстановительного периода (см. табл. 1). Зимой в отличие от лета влияние ХП на организм вызывало кратковременное повышение систоло-диа-столического АД на 1-й минуте исследования после Показатели кардиогемодинамики испытуемых после воздействия холодовой пробы в июне и декабре Таблица 2 Ф. И. О. испытуе мого ФОН 1 минута после пробы 5 минут после пробы 8 минут после пробы Июнь Декабрь Июнь Декабрь Июнь Декабрь Июнь Декабрь Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК Vао УО МОК К. А.М. 98 72,7 4144 76 53 2809 90 67 4087 81 54,6 3280 94 86,6 5802 75 54 3240 99 71,3 4349 77 53,7 3061 К. с.в 90 69,1 3870 88 72,9 4448 90 62,6 3943 81 59,5 3273 89 61,9 3899 84 63,7 4017 93 67 4489 83 63 3843 М. М.Н. 90 88,1 3876 92 95,2 4476 82 77,8 3734 87 87,4 5070 82 77,8 4045 86 83,7 3771 87 81,6 4324 87 83,8 4527 М. Ю.М. 98 63 4410 91 65,5 3804 93 66 4422 106 78,8 5283 104 73,8 4944 106 72,9 4962 106 75,2 5264 108 77,8 5059 Р. И.Н. 108 97,8 5672 102 86 4733 117 96,9 5232 86 74,1 3782 109 94,2 5369 100 82,8 4557 102 92,4 5636 103 89 4718 П. А.М. 106 75,3 4217 89 56,1 3311 94 58,2 3317 90 59 3307 96 58,9 3769 78 49,8 3092 103 66,3 4044 73 50,2 3265 Ч. М.А. 95 66,2 3508 100 67,2 4169 85 61,2 3427 85 63,2 3162 93 64,8 4212 93 68,3 4167 95 66,2 4038 93 72,8 4810 М.В.С. 136 88,7 5857 111 93,7 4219 126 85 5610 91 72,2 4404 126 81,8 5398 81 64,6 2976 129 85,9 5575 100 81,9 4833 Н. Р.А. 124 113,2 7363 114 87,5 5428 137 124 8562 95 77,8 4435 134 121,4 8255 114 90,4 5699 130 117,8 9070 109 93,2 5034 Д. А.М. 103 76,4 4511 82 62,9 4282 92 68,3 4507 108 85,7 5142 76 60,3 4040 84 68,8 4266 89 68,3 4644 85 71,8 5170 Ч. Ф.Ф. 121 100,2 4812 134 118,2 5437 107 82,1 4597 122 99,9 4697 121 99,1 5153 141 130 5837 129 105,6 5280 130 119,6 4903 П.М.М. 110 81,6 5064 85 62,7 4771 91 63,4 4501 114 98,5 7783 112 78,1 5467 98 70,6 5297 121 90 6030 106 76,3 5424 Ф. А.А. 87 66,8 3808 82 61 3133 78 55,2 3041 74 56,2 3370 86 66 3828 92 69,8 4120 96 73,7 4790 83 63 3465 М.Н.А. 108 99,8 5693 84 53,3 2400 109 93,2 6058 91 59,2 3613 97 86,5 4930 85 67 3284 92 78,6 4558 84 65,8 2962 M 105 82,7 4772 95 73,94 4109 99 75,78 4646 94 73,3 4329 101 76,1 4937 94 74 4235 105 76,4 4812 94 75,8 4362 SD 14 15,4 1063 15 19,31 908,7 17 19,02 1419 14 15,4 1257 17 13,2 1186 18 19,3 942 16 9,33 659,7 17 17,75 855,6 Примечание. Vао - скорость трансаортального кровотока, см/сек.; УО - ударный объем крови, см3; МОК - минутный объем кровообращения, см3/мин Показатели частоты сердечных сокращений испытуемых после воздействия холодовой Таблица 3 пробы в июне и декабре Ф. И. О. испытуе мого Фон 1 минута после пробы 5 минут после пробы 8 минут после пробы Июнь Дек Июнь Дек Июнь Дек Июнь Дек К. А.М. 57 53 61 60 67 60 61 57 К. С.В 56 61 63 55 63 63 67 61 М. М.Н. 44 47 48 58 52 45 53 54 М. Ю.М. 70 58 67 67 67 68 70 65 Р. И.Н. 58 55 54 51 57 55 61 53 П. А.М. 56 59 57 56 64 62 61 65 Ч. М.А. 53 62 56 50 65 61 61 66 М.В.С. 66 45 68 61 66 46 67 59 Н. Р.А. 65 62 69 57 68 63 77 54 Д. А.М. 59 68 66 60 67 62 68 72 Ч. Ф.Ф. 48 46 56 47 52 45 50 41 П.М.М. 62 76 71 79 70 75 67 71 Ф. А.А. 57 53 58 60 58 59 65 55 М.Н.А. 57 45 65 61 57 49 58 45 M 57,7 56,4 61,3 58,7 62,3 58,07 63,2 58,4 SD 6,82 9,2 6,70 7,81 6,00 9,01 6,96 9,02 33 Экологическая физиология Экология человека 2016.10 пробы, с последующим восстановлением его до уровня исходных значений к 5-й минуте, а в конце исследования, на 8-й минуте, обнаружено снижение систолического АД (см. табл. 1). Реакция кардиогемодинамики летом на первой минуте исследования после воздействия ХП на организм сопровождалась кратковременным понижением ^ин, УО (см. табл. 2) и повышением ЧСС (табл. 3). Обнаруженная летом положительная хронотропная реакция сердца на ХП сохранялась на 5-й и 8-й минуте восстановительного периода (см. табл. 3). В холодный период года изменений кардиогемодинамики и хронотропной функции водителя ритма сердца на ХП не обнаружено (см. табл. 2, 3). Обсуждение результатов Природные условия Севера, где основными факторами, воздействующими на организм, являются низкая температура воздушной среды, выраженные перепады атмосферного давления, полярные фотопериоды и гелиомагнитные возмущения, характеризуются в целом как неблагоприятные для комфортной жизнедеятельности человека [1, 16]. Наиболее ощутимым по субъективному восприятию и эффекту воздействия на организм является холод или его сочетание с повышенной влажностью или ветром [2, 3]. Многочисленные работы показывают, что воздействие на организм низких температур вызывает ответную физиологическую реакцию [2, 18, 19], направленную на сохранение температурного гомеостазиса и сопровождается не только сезонной асимметрией, индивидуальной, генетически детерминированной, реакцией на холод [3, 16], но и разными по направленности приспособительными сдвигами системного кровообращения [6, 11]. Все это свидетельствует о сложных механизмах регуляции периферического звена кровообращения [2, 3, 8] с интегрированным ответом миогенного и хронотропного механизма ауторегуляции сердца [9, 22], характеризующих функциональный статус сердечно-сосудистой системы северян в холодный период года [11] и в период возмущающих воздействий на организм [4, 8, 15]. В выполненной работе обнаруженные сезонные отличия системной гемоциркуляции и кардиогемодинамики в состоянии относительного покоя организма могут свидетельствовать, с одной стороны, о меньшем сопротивлении току крови на периферии, судя по относительно меньшему диастолическому артериальному давлению в холодный сезон года, а с другой - о меньшей преднагрузке на миокард, вызванной ограниченным венозным возвратом к сердцу с понижением сердечного выброса, судя по параметрам кардиогемодинамики. Замеченные сезонные особенности функционирования кровообращения можно расценивать как известный кардиоваскулярный эффект понижения давления в легочной артерии (рефлекс В.В. Парина) [цит. по 16] при адаптации кардиореспираторной системы к низким температурам воздушной среды. Сниженные диастолическое давление, УО и МОК, вызванные меньшим возвратом крови к сердцу, могут быть следствием и гетерогенных изменений тонуса сосудов в дистальных отделах нижних конечностей зимой [8], вероятно, обеспечивающих необходимый для оптимальной терморегуляции организма уровень гемоциркуляции на периферии. Реакции организма на ХП широко изучались. Большинство авторов отмечали «вазоконстрикторный» эффект [4, 15] при остром воздействии холода на организм. Имеются сведения, показывающие, что в механизмах «холодовой вазодилатации» происходит снижение базального тонуса сосудов, который незначительно меняется при симпатической импуль-сации [2]. По обнаруженным ранее четырем типам индивидуальных реакций периферических сосудов на холод можно выделить первые два, у которых устойчивость к охлаждению более выражена [2, 5] и, вероятно, их организм меньше подвержен влиянию холода. Высказаны обоснованные предположения, что в основе разнонаправленных сосудистых реакций на ХП лежит изменчивость импульсации холодовых рецепторов, которые при увеличении активности приводят к вазоконстрикции, а при уменьшении - к вазодилатации сосудов на периферии [13]. В нашей работе установлено, что летом в сравнение с холодным сезоном года произошла более мощная сосудистая реакция на ХП, сопровождавшаяся устойчивым понижением систоло-диастолического артериального давления на протяжении исследуемого периода. По-видимому, в это время ослабление базального тонуса периферических сосудов было вызвано сниженной импульсацией холодовых периферических рецепторов. Тогда как зимой наблюдалась иная картина сосудистой реакции на ХП, сопровождавшаяся вначале кратковременным повышением систоло-диастолического артериального давления, а в отдаленный период после пробы понижением систолического артериального давления. Очевидно, причиной модального изменения артериального давления вначале могла быть вазокон-стрикция на фоне повышенной импульсации холодовых рецепторов, а в последующий период изменение импульсации вызвало ослабление тонуса сосудов и понижение систолического артериального давления до меньших значений относительно исходного уровня. Предполагается, что такого рода реакции сосудов на ХП могут быть обусловлены как индивидуальной восприимчивостью холода, так и приспособленностью человека к сезонным температурам воздушной среды. Замечено, что одним из условий акцентированной реакции сердечно-сосудистой системы может быть повышение чувствительности организма к холоду при кратковременном или непродолжительном его воздействии на человека, а при длительном влиянии низких температур ощущение организмом холода притупляется [2, 3]. Стоит отметить, что в нашем исследовании обнаруженная меньшая реакция сердечно-сосудистой системы на ХП в холодный сезон года скорее вызвана привыканием организма северян к низким температурам окружающей среды, чем воздействием иных климатических факторов. 34 Экология человека 2016.10 Экологическая физиология В период выраженных изменений системного артериального давления после воздействия ХП на организм в относительно комфортный по температуре период года происходили большие приспособительные сдвиги кардиогемодинамики и в деятельности водителя ритма сердца. Так, реакция сердца на ХП сопровождалась положительной хронотропной функцией синусового узла на протяжении всего восстановительного периода и кратковременным понижением кардиогемодинамики в начале периода восстановления. Очевидно, что повышение ЧСС и функциональная инертность миогенного механизма ауторегуляции сердца [9] в условиях ослабления тонуса периферических сосудов и понижения венозного возврата являются компенсаторной реакцией сердца и направлены на гомеостазис кровообращения. По-видимому, сигнал «холод - гипотензия» от периферических рецепторов организмом воспринимается как «неотложное» состояние, если при этом в восстановление гомеостаза вступает центральное звено кровообращения. Предполагается, что холод организмом воспринимается летом как более выраженный стресс, чем зимой в период приспособленности человека к низким температурам внешней среды [2, 3], когда холодовая нагрузка на организм может носить и отставленный характер [8]. Как видно из результатов исследования, у человека, проживающего на Европейском Севере, регистрируется сезонная асимметрия функционального статуса сердечно-сосудистой системы и реакции центрального и периферического звена системы кровообращения на холодовой стресс. Установлено, что адаптация к контрастным термическим нагрузкам (холодовая проба летом) сопровождается более выраженным функциональным ответом сердечно-сосудистой системы человека, чем в период приспособления организма к сопряженному воздействию гетерогенных по интенсивности низких температур. При этом следует заметить, что обнаруженный нами функциональный ответ на ХП системного кровообращения и кардиогемодинамики может существенно отличаться от подобного сезонного исследования, если оно будет проводиться в ортостатическом положении организма, когда повышенное гидростатическое давление в сосудах и пониженный венозный возврат к сердцу приведет к изменению характера реакции сердечнососудистой системы. Таким образом, установлено, что у северян в холодное время года в клиностатическом положении организма тонус периферических сосудов, венозный возврат к сердцу, кардиогемодинамика и производительность миокарда меньше, чем летом. Функциональный ответ сердечно-сосудистой системы человека на холодовой стресс в июне выражен больше, чем в декабре, и сопровождался устойчивым понижением систоло-диастолического артериального давления, положительной хронотропной реакцией сердца и кратковременным снижением кардиогемодинамики. Зимой реакция организма на холодовую пробу со провождалась модальным изменением артериального давления, гомеостазисом кардиогемодинамики и хро-нотропной функции водителя ритма 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
Syktyvkar, Russia

References

Supplementary files