RESPONSE OF HEMODYNAMICS INDICES TO HAND AND FOOT LOCAL COOLING IN YOUNG PEOPLE



Cite item

Full Text

Abstract

The article has introduced the examination results of apparently healthy men (n=27), who were born and permanently lived in the European North of Russia. The work objective was to discover peculiarities of the cardiovascular system response to local hand and foot skin cooling of the men. The preload rates of the cardiac muscle contractility, the afterload rates of functioning of the left ventricle and the rates characterizing hemodynamic status have been determined with the help of the hardware and software complex «Integrated Monitoring System SYMONA 111». The initial indexes and the indexes just after cold stress (dipping a hand into a vessel with cold water at temperatures of 24, 15, 8 °С) were registered. The same method and the same temperatures were used to cool feet. It has been shown that local hand and foot skin cooling caused a significant rise in the preload rates, the cardiac muscle contractility, the afterload functioning of the left ventricle, arterial pressure, and decreased the heart rate. During the hemodynamics indices analysis, the highest responsiveness of the cardiovascular system was registered after the local hand skin cooling in water at 15 0С, the lowest - in water at 24 0С. More pronounced changes occurred during the foot cooling.

Full Text

Россия - самая холодная страна в мире [16]. Большая часть ее территории является зоной с суровыми климатогеографическими условиями, дискомфортными для проживания и трудовой деятельности. К ним относятся резкие сезонные, меж- и внутрисуточные перепады атмосферного давления, холодовое воздействие, резкое изменение фотопериодичности и колебания магнитного поля Земли [10, 17]. Ведущим фактором, определяющим специфику Севера, является холод [3, 6, 18], под которым понимается сочетание метеорологических условий, если их воздействие сопряжено с риском возникновения различных нарушений теплового состояния или развития холодовой травмы. Жизнь в этих условиях предъявляет повышенные требования к функциональным системам организма, в том числе и к системе кровообращения. Сердечно-сосудистая система одной из первых включается в компенсаторно-приспособительные реакции, направленные на уравновешивание с внешней средой [4, 11, 15], способствуя продвижению такого 13 Экологическая физиология Экология человека 2015.11 объема крови по сосудам, который необходим для обеспечения энергетических потребностей организма, что играет важную роль в поддержании его гомеостаза [1, 7, 8, 12]. В реальных климатических и производственных условиях Севера локальное холодовое воздействие у человека испытывают лицо, верхние дыхательные пути, а также часто кисти и стопы. Поэтому исследование влияния локального охлаждения кистей и стоп на состояние сердечно-сосудистой системы имеет важное научно-практическое значение. Цель исследования: выявить особенности реакций сердечно-сосудистой системы на локальное охлаждение кожи кисти и стопы у юношей. Методы В исследовании приняли участие практически здоровые юноши (n = 27) в возрасте от 17 до 20 лет, родившиеся и постоянно проживающие в условиях Европейского Севера. Существуют различные методики проведения локальной холодовой пробы с использованием как одной температуры, так и нескольких разных температур [2, 13, 14]. Нами была выбрана методика на основе предложений I. Holmer [20], который различает три уровня напряжения организма при различных температурах применительно к охлаждению конечностей: лёгкое напряжение (температура 24 °С), умеренное (15 °С) и сильное (8 °С). Исследование проводилось с использованием аппаратно-программного комплекса «Система интегрального мониторинга “СИМОНА 111”». Измерения осуществлялись в первой половине дня в помещении с комфортными микроклиматическими условиями, через 1,5-2 часа после приема пищи, в условиях относительного физиологического покоя в положении лежа на спине после 15-минутного отдыха. У испытуемых фиксировались исходные (фоновые) показатели и показатели сразу после применения холодовой нагрузки, которая заключалась в погружении кисти на одну минуту в сосуд с холодной водой с температурой 24, 15 и 8 °С. Период восстановления после каждой пробы составлял 25 минут. Точно так же осуществлялось и охлаждение стопы. С помощью метода трансторакальной тетраполяр-ной реографии по Кубичеку в модификации Шраме-ка - Бернштейна [19] у испытуемых оценивались следующие функциональные показатели центральной гемодинамики: • показатели преднагрузки - отклонение от нормы волемического статуса (ВОЛ, %); • показатели сократимости миокарда - индекс состояния инотропии (ИСИ, 1/сек2), индекс сократимости миокарда (ИСМ, 1 000/сек), отклонение от нормы сократимости левого желудочка (ИНО, %); • показатели постнагрузки - пульсовой индекс периферического сосудистого сопротивления (ПИПСС, 10-3 хдин*сек/см5/м2); • показатели работы левого желудочка (минутный индекс работы левого желудочка (МИРЛЖ, кг-м/ мин/м2), ударный индекс работы левого желудочка (УИРЛЖ, г-м/уд/м2); • основные показатели, характеризующие гемо-динамический статус: среднее артериальное давление (АДср, мм рт. ст.), частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), ударный индекс (УИ, мл/уд/м2), сердечный индекс (СИ, л/мин/м2). Артериальное давление измерялось с помощью встроенного электронно-измерительного блока методом сфигмоманометрии. Анализ результатов исследования проводился с помощью статистического пакета SPSS 17.0. Проверка на нормальность распределения данных осуществлялась при помощи критерия Шапиро - Уилка (для выборок до 50 наблюдений). Так как данные не подчинялись закону нормального распределения, результаты описательной статистики для них представлялись в виде медианы (Me), первого и третьего (Q1 и Q3) квартилей. Для сравнения групп применялся непараметрический критерий Фридмана, для попарных сравнений - одновыборочный критерий Вилкоксона для зависимых выборок с поправкой Бонферрони. Критический уровень значимости принимался равным 0,05. Обследование контингентов проводилось с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609 ЕС). Результаты При анализе гемодинамических показателей, полученных в ходе исследования при локальном охлаждении кисти, были выявлены следующие изменения (табл. 1). Установлено, что после стимуляции терморецепторов кожи кисти у юношей в водной среде с температурой 24 °С не происходит значимых изменений показателей ВОЛ, АДср, ЧСС, УИ и СИ. Можно отметить тенденцию к увеличению показателей ЧСС и АДср. Кроме того, незначительно увеличились показатели сократимости миокарда: ИСИ, ИНО; показатели постнагрузки ПИПСС и показатели интенсивности работы левого желудочка: УИРЛЖ, МИРЛЖ. Значимые изменения происходят после стимуляции терморецепторов кожи кисти у юношей в водной среде с температурой 15 °С. Отмечалось незначительное возрастание доли ВОЛ, что, в свою очередь, вызывает увеличение АДср (р = 0,014), незначительное повышение сократимости миокарда: ИСМ, ИНО, а также статистически значимое увеличение УИ (р = 0,005), незначительное увеличение СИ. Эти изменения являются следствием увеличения УИРЛЖ. Показатель МИРЛЖ незначительно снижается. Одновременно статистически значимо снижается ЧСС (р = 0,002) и периферическое сопротивление сосудов: ПИПСС (р = 0,001) по сравнению с фоновыми значениями. Локальное охлаждение кисти в водной среде с температурой 8 °С вызывало незначительное уве 14 Экология человека 2015.11 Экологическая физиология Таблица 1 Изменение показателей гемодинамики у юношей (n = 27) в ответ на локальное охлаждение кожи кисти, Md (Q1; Q3) Показатель Этап исследования p p 1-2 p 1-3 p 1-4 1 2 3 4 ВОЛ, % 8,00 (-2,00; 23,00) 10,00 (-2,00; 21,00) 9,00 (-4,00; 17,00) 9,00 (-6,00; 18,00) 0,754 ИСИ, 1/сек 1,75 (1,38; 2,15) 1,79 (1,33; 2,18) 1,69 (1,56; 1,94) 1,67 (1,35; 1,92) 0,175 ИСМ, 1000/ сек 90,00 (75,00; 114,00) 88,00 (75,00; 105,00) 97,00 (80,00; 112,00) 96,00 (82,00; 105,00) 0,390 ИНО, % 40,00 (7,00; 55,00) 42,00 (4,00; 55,00) 41,00 (27,00; 53,000) 39,00 (17,00; 52,00) 0,504 ПИПСС, 10-3хдинхсек/ см5/м2 90,00 (80,00; 110,00) 91,00 (79,00; 115,00) 85,00 (76,00; 95,00) 88,00 (76,00; 106,00) <0,001 0,330 0,001 0,012 УИРЛЖ, гхм/ уд/м2 77,00 (67,00; 96,00) 80,00 (67,00; 99,00) 84,00 (76,00; 93,00) 83,00 (70,00; 93,00) 0,506 мирлж, кгхм/мин/м2 5,20 (4,40; 6,00) 5,50 (4,30; 6,70) 5,10 (4,60; 6,30) 5,20 (4,60; 6,00) 0,690 АДср, мм рт. ст. 83,00 (80,00; 93,00) 84,00 (80,00; 92,00) 84,00 (80,00; 89,00) 82,00 (78,00; 88,00) 0,027 0,918 0,014 0,041 ЧСС, уд/мин 66,00 (60,00; 74,00) 70,00 (61,00; 76,00) 62,00 (59,00; 73,00) 63,00 (58,00; 69,00) <0,001 0,920 0,002 0,001 УИ, мл/уд/ м2 74,00 (59,00-81,00) 74,00 (60,00; 82,00) 78,00 (68,00; 81,00) 77,00 (66,00; 80,00) 0,004 0,506 0,005 0,028 СИ, л/мин/м2 4,60 (3,50; 5,60) 5,00 (3,40; 5,80) 4,90 (3,90; 5,30) 4,70 (4,10; 5,20) 0,237 Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось ходное состояние до охлаждения, 2 - охлаждение до 24 °С, 3 личение доли ВОЛ, что явилось причиной несущественного повышения ИСМ и УИРЛЖ. Кроме того, незначительно снижается величина ИСИ. Также незначительно повышается УИ и СИ, что приводит к снижению величины ПИПСС и значимому снижению ЧСС (р = 0,001). При анализе гемодинамических показателей, полученных в ходе исследования при локальном охлаждении стопы, были выявлены следующие изменения (табл. 2). Анализ показателей центральной и периферической гемодинамики у юношей при локальном охлаждении стопы в водной среде с температурой 24 °С не выявил существенных изменений по сравнению с фоновыми значениями. Установлено повышение доли ВОЛ, что привело, в свою очередь, к незначительному снижению ИСМ и ИСИ. Отмечалось незначительное повышение СИ, УИРЛЖ и МИРЛЖ, что привело к снижению ПИПСС. При охлаждении стопы в водной среде температурой 15 °С значимые изменения произошли лишь с показателем ЧСС, который снизился (р = 0,008), что, вероятно, является результатом повышения доли ВОЛ по сравнению с фоновыми значениями. Остальные показатели существенных изменений не претерпели. При локальном охлаждении стопы в водной среде с температурой 8 °С отмечалось значимое увеличение отклонения от середины средних значений ВОЛ (р = 0,001), что привело к снижению ИСМ и ПИПСС. Кроме того, незначительно повысились показатели СИ и МИРЛЖ. непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, Md (Qp Q3). 1 - ис-охлаждение до 15 °С, 4 - охлаждение до 8 °С. Обсуждение результатов Известно, что локальное воздействие холода вызывает α-адренергическую реакцию [9]. Исходным пунктом афферентной информации при локальном холодовом воздействии на организм являются прежде всего периферические кожные терморецепторы -окончания центростремительных нервов. Возбуждение холодовых рецепторов приводит к активации центров терморегуляции, что, в свою очередь, активизирует эрготропную активность симпатической нервной системы. Проведенное исследование позволило выявить у юношей изменения центральной и периферической гемодинамики в ответ на холодовую стимуляцию периферических терморецепторов кожи кисти и стопы в водной среде с температурой 24, 15 и 8 °С. Установлено, что у юношей после стимуляции терморецепторов кожи кисти водой с температурой 24 °С значимых изменений показателей АДср, ЧСС, УИ и СИ не происходит. В нашем исследовании при данной температуре показатели ЧСС и АДср имели тенденцию к увеличению на 6,0 и 1,2 % соответственно. Кроме того, незначительно увеличились показатели сократимости миокарда: ИСИ на 2,3 %, ИНО на 1,5 %; показатели постнагрузки ПИПСС на 1,1 %, ИПСС на 1,65 % и показатели интенсивности работы левого желудочка: УИРЛЖ на 3,9 %, МИРЛЖ на 5,8 %. Незначительные изменения показателей центральной гемодинамики после стимуляции терморецепторов кожи кисти при температуре 24 °С свидетельствуют о том, что данная температура является недостаточным раздражителем для необходимо 15 Экологическая физиология Экология человека 2015.11 Таблица 2 Изменение показателей гемодинамики у юношей (n = 27) в ответ на локальное охлаждение кожи стопы, Мd (Q1; Q3)) Показатель Этап исследования p p 1-2 p 1-3 p 1-4 1 2 3 4 ВОЛ, % 8,00 (-2,00; 23,00) 9,00 (-2,00-19,00) 14,00 (-2,00; 24,00) 16,00 (5,00; 24,00) 0,001 0,355 0,280 0,001 ИСИ, 1/сек2 1,75 (1,38; 2,15) 1,56 (1,25; 1,77) 1,62 (1,33; 1,92) 1,53 (1,20; 2,00) 0,251 ИСМ, 1000/ сек 90,00 (75,00; 114,00) 86,00 (63,00; 108,00) 90,00 (72,00; 118,00) 84,00 (69,00; 105,00) 0,296 ИНО, % 40,00 (7,00; 55,00) 40,00 (4,00; 51,00) 42,00 (16,00; 52,00) 41,00 (13,00; 58,00) 0,388 ПИПСС, 10-3хдинхсек/ см5/м2 90,00 (80,00; 110,00) 87,00 (80,00; 107,00) 88,00 (79,00; 99,00) 89,00 (83,00; 108,00) 0,268 УИРЛЖ, гхм/ уд/м2 77,00 (67,00; 96,00) 84,00 (66,00; 92,00) 87,00 (74,00; 93,00) 86,00 (74,00; 101,00) 0,002 0,909 0,211 0,016 мирлж, кгхм/мин/м2 5,20 (4,40; 6,00) 5,40 (4,40; 6,10) 5,20 (4,50; 6,40) 5,70 (4,80; 6,30) 0,008 0,194 0,450 0,400 АДср, мм рт. ст. 83,00 (80,00; 93,00) 84,00 (81,00; 91,00) 87,00 (81,00; 92,00) 88,00 (83,00; 95,00) 0,002 0,466 0,492 0,158 ЧСС, уд/мин 66,00 (60,00; 74,00) 65,00 (61,00; 72,00) 65,00 (59,00; 69,00) 65,00 (59,00; 72,00) 0,032 0,056 0,008 0,121 УИ, мл/уд/ м2 74,00 (59,00-81,00) 74,00 (61,00; 80,00) 77,00 (69,00; 81,00) 74,00 (64,00; 80,00) 0,142 СИ, л/мин/м2 4,60 (3,50; 5,60) 4,70 (4,10; 5,30) 4,70 (4,10; 5,30) 4,80 (3,90; 5,50) 0,038 0,091 0,517 0,879 Примечание. Сравнение зависимых выборок осуществлялось непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, Мd (Q1; Q3). 1 - исходное состояние до охлаждения, 2 - охлаждение до 24°С, 3 - охлаждение до 15 °С, 4 - охлаждение до 8 °С. сти и реализации компенсаторно-приспособительной деятельности сердечно-сосудистой системы. Значимые изменения происходят после стимуляции терморецепторов кожи кисти у юношей в водной среде с температурой 15 0С. Отмечалось возрастание доли ВОЛ на 12,5 %, что, в свою очередь, вызывает значимое увеличение АДср на 1,2 %, незначительное повышение сократимости миокарда: ИСМ - на 7,8 %, ИНО - на 2,5 %, а также значимое увеличение УИ на 5,4 %, тенденцию к увеличению СИ на 8,7 %. Эти изменения являются следствием увеличения УИРЛЖ на 9,1 %. Показатель МИРЛЖ незначительно снижается на 1,9 %. Одновременно значимо снижается ЧСС на 6,1 % и периферическое сопротивление сосудов: ПИПСС ниже на 5,5 % по сравнению с фоновыми значениями. Выявленные изменения, вероятно, связаны с активацией симпа-тоадреналовой системы и могут свидетельствовать о запуске компенсаторно-рефлекторного механизма поддержания гомеостаза при локальном охлаждении кисти в водной среде с температурой 15 0С. Локальное охлаждение кисти в водной среде с температурой 8 0С вызывало увеличение доли ВОЛ на 12,5 %, что явилось причиной незначительного повышения ИСМ на 6,7 % и УИРЛЖ на 7,8 %. Кроме того, незначительно снижается величина ИСИ на 4,6 %. Также повышается УИ и СИ на 4,0 и 2,2 % соответственно, что приводит к снижению величины ПИПСС на 2,2 % и значимому снижению ЧСС на 4,5 %. Выявленное снижение величины ИСИ является результатом снижения ПИПСС. Возможно, незначительные изменения при локальном охлаждении кисти при данной температуре можно объяснить блокированием холодовых рецепторов и мелких нервных волокон [5, 9]. При анализе показателей центральной и периферической гемодинамики у юношей при локальном охлаждении стопы в водной среде с температурой 24 °С существенных изменений по сравнению с фоновыми значениями не отмечалось. Выявлено повышение доли ВОЛ на 12,5 %, что привело, в свою очередь, к незначительному снижению ИСМ и ИСИ на 4,4 и 10,9 % соответственно. Отмечалось незначительное повышение СИ на 2,2 %, УИРЛЖ на 9 % и МИРЛЖ на 3,5 %, что привело к снижению ПИПСС на 3,3 %. При охлаждении стопы в водной среде с температурой 15 0С значимые изменения произошли лишь с показателем ЧСС, который снизился на 1,5 %, что, вероятно, является результатом повышения доли ВОЛ на 7,5 % по сравнению с фоновыми значениями. Остальные показатели существенных изменений не претерпели. При локальном охлаждении стопы в водной среде с температурой 8 °С отмечалось значимое увеличение отклонения от середины средних значений ВОЛ на 100 %, что привело к снижению ИСМ на 6,7 % и ПИПСС на 1,1 %. Кроме того, незначительно повысились показатели СИ на 4,3 % и МИРЛЖ на 9,6 %. Таким образом, локальное охлаждение кожи кисти и стопы вызывает значимое повышение показателей преднагрузки, сократимости миокарда, постнагрузки, работы левого желудочка и артериального давления, а также снижение частоты сердечных сокращений. При 16 Экология человека 2015.11 Экологическая физиология анализе показателей центральной гемодинамики отмечалась наибольшая реактивность сердечно-сосудистой системы после локального охлаждения кожи кисти в водной среде с температурой 15 °С, наименьшая - с температурой 24 °С. При этом более выраженные изменения происходят при охлаждении стопы.
×

About the authors

A B Gudkov

Northern State Medical University; Institute of Biological and Medical Research, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Email: gudkovab@nsmu.ru
Arkhangelsk, Russia

E V Korobitsyna

Northern State Medical University; Institute of Biological and Medical Research, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Arkhangelsk, Russia

L A Melkova

Institute of Biological and Medical Research, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Arkhangelsk, Russia

A V Gribanov

Institute of Biological and Medical Research, Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Arkhangelsk, Russia

References

  1. Агаджанян Н. А., Коновалова Г. М., Ожева Р. Ш., Уракова Т. Ю. Воздействие внешних факторов на формирование адаптационных реакций организма человека // Новые технологии. 2010. № 2. С. 142-144.
  2. Аронов Д. М., Лупанов В. П. Функциональные пробы в кардиологии. 2-е изд. М. : МЕДпресс-информ, 2003. С. 179-180.
  3. Бочаров М. И. Физиологические проблемы защиты человека от холода (Науч. докл.: сер. препринтов, № 34-04). Сыктывкар, 2004. 40 с.
  4. Варламова М. Г., Евдокимов В. Г. Изменения параметров электрокардиограммы у мужчин Европейского Севера // Физиология человека. 2002. Т. 28, № 6. С. 109-114.
  5. Голохваст К. С., Чайка В. В. Некоторые аспекты механизма влияния низких температур на человека и животных (литературный обзор) // Вестник новых медицинских технологий, 2011. Т. 18, № 2. С. 486.
  6. Гудков А. Б., Попова О. Н., Пащенко А. В. Физиологические реакции человека на локальное холодовое воздействие : монография. Архангельск : Изд-во СГМУ, 2012. 145 с.
  7. Гудков А. Б., Мосягин И. Г., Иванов В. Д. Характеристика фазовой структуры сердечного цикла у новобранцев учебного центра ВМФ на Севере // Военно-медицинский журнал. 2014. Т. 335, № 2. С. 58-59.
  8. Карпин В. А., Филатова О. Е., Солтыс Т. В., Соколова А. А., Башкатова Ю. В., Гудков А. Б. Сравнительный анализ и синтез показателей сердечно-сосудистой системы у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов // Экология человека, 2013. № 7. С. 3-9.
  9. Козырева Т. В., Воронова И. П. Вовлечение нейрогеномного уровня регуляции в процессы поддержания температурного гомеостаза организма на холоде // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2014. Т. 18, № 4/3. С. 1 100-1 109.
  10. Никитин Ю. П., Хаснулин В. И., Гудков А. Б. Современные проблемы северной медицины и усилия учёных по их решению // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Медико-биологические науки. 2014. № 3. С. 63-72.
  11. Нифонтова О. Л, Литовченко О. Л., Гудков А. Б. Показатели центральной и периферической гемодинамики детей коренной народности Севера // Экология человека. 2010. № 1. С. 28-32.
  12. Оляшев Н. В., Варенцова И. А., Пушкина В. Н. Показатели кардиореспираторной системы у юношей с разными типами кровообращения // Экология человека. 2014. № 4. С. 28-33.
  13. Орлов Г. А. Хроническое поражение холодом. Л. : Медицина, 1978. 168 с.
  14. Пащенко А. В., Гудков А. Б., Волосевич А. И. Реакция срединных структур головного мозга на локальное охлаждение по данным ЭЭГ // Экология человека. 2001. № 4. С. 43-45.
  15. Пушкина В. Н., Грибанов А. В. Сезонные изменения взаимоотношений показателей кардиореспираторной системы у юношей в условиях циркумполярного региона // Экология человека. 2012. № 9. С. 26-31.
  16. Ревич Б. А., Шапошников Д. А., Кершенгольц Б. М. Климатические изменения как фактор риска здоровья населения Российской Арктики // Проблемы здравоохранения и социального развития Арктической зоны России. М., 2011. С. 10-11.
  17. Хаснулин В. И. Введение в полярную медицину. Новосибирск : СО РАМН, 1998. 337 с.
  18. Чащин В. П., Сюрин С. А., Гудков А. Б., Попова О. Н., Воронин А. Ю. Воздействие промышленных загрязнений атмосферного воздуха на организм работников, выполняющих трудовые операции на открытом воздухе в условиях холода // Медицина труда и промышленная экология. 2014. № 9. С. 20-26.
  19. Bernstein D. P., Lemmens H. J. M. Stroke volume equation for impedance cardiography // Medical & Biological Engineering & Computing 2005, Vol. 43.
  20. HolmerI. Risk assesmenin cold environment // Barents. 1998. Vol. 1, N 3. P. 77-79.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Human Ecology


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 78166 от 20.03.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies