OPPORTUNITIES OF THERMOGRAPHY AND HEART RATE VARIABILITY IN PREDICITVE VALUATION OF CARDIOVASCULAR SYSTEM FUNCTIONAL STATE

Full Text

Исследования, посвященные прогнозированию работоспособности человека в условиях Европейского Севера России, чаще носят фрагментарный характер и основываются на качественных признаках [7, 10]. В связи с этим практической задачей оценки функционального состояния, например, сердечно-сосудистой системы является развитие исследований, позволяющих дать врачу дополнительные сведения в виде информативных физиологических критериев отбора людей для работы и жизнедеятельности в экстремальных природно-производственных условиях региона. Один из информативных методов оценки физиологического состояния сердечно-сосудистой системы, в том числе и у этих лиц, — математический анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) [2]. Западные ученые в основном рассматривают ВСР как показатель состояния симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (ВНС) и исследуют изменения их баланса при различных заболеваниях и в процессе фармакологических воздействий [15]. Известно, что температурные реакции в живых тканях складываются из двух основных компонентов: метаболизма и сосудистого фактора. От того, какой их этих факторов вносит главный вклад в формирование местных тепловых полей и локальных температурных реакций, зависят принципиальные методологические подходы в исследованиях термогенеза и терморегуляции, с одной стороны, а с другой — ценность метода для диагностики того или иного механизма, а следовательно, и характера патологии [12]. Вместе с тем российские и международные эксперты отмечают значительный потенциал тепловидения для диагностики различных сосудистых синдромов, оценки их выраженности, контроля эффективности лечения, прогнозирования возможных исходов [9, 16]. Вполне обосновано использование тепловидения для анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы у лиц, устраивающихся на работу в условиях Крайнего Севера, путем определения исходного инфракрасного излучения рук здорового человека и применения пробы с охлаждением [14]. Многие исследователи полагают, что измерение физиологических показателей в условиях относительного покоя дает недостаточную информацию для оценки резервных возможностей организма [1, 4]. Проба с охлаждением является адекватным воздействием на человека, она может быть дозирована по интенсивности, продолжительности и не приводит к предельному напряжению организма [5, 13]. Необходимость оценки адаптационного потенциала и физиологических резервов как объективных характеристик состояния организма требует новых подходов к исследованию функциональных возможностей человека. Так, при оценке функционального резерва системы кровообращения надо комплексно рассматривать параметры вегетативного гомеостаза, и с этих позиций показатели ритма сердца могут выступать в качестве интегральных маркеров адаптационного процесса в экстремальных условиях среды [2, 8] наряду с тепло-визионной холодовой пробой. Цель исследования — обосновать использование функциональной холодовой пробы для прогностической оценки динамики физиологического состояния кровеносной системы для выявления лиц с нарушениями адаптации к холоду. Методы Применялась компьютерная модификация тепловизора «БТВ-3 ЭВМ» (в составе тепловизионная камера, видеоконтрольное устройство, устройство сопряжения тепловизора с ЭВМ), которая позволяла получить на дисплее цветную градационную картину наблюдаемого объекта с привязкой ее к температурной шкале. Система функций тепловизора, задаваемая программой, давала возможность выявлять профили сечений распределения температуры по различным направлениям, гистограммы и другие параметры. Различного рода маркеры, перекрестия, изотермы помогали производить количественную обработку непосредственно в процессе наблюдения. Для выяснения характера сосудистых реакций и возможностей их дифференцированной оценки, возрастных анатомо-физиологических изменений, а также в целях профессионального отбора в сочетании с термографией использовали дополнительную пробу с охлаждением, которая была разработана в клинике общей хирургии Северного государственного медицинского университета г. Архангельска [11]. Методика пробы с охлаждением следующая: изучалось исходное инфракрасное излучение обеих рук обследуемого человека термографом, затем правая рука погружалась до уровня лучезапястного сустава в воду температурой + 6 ... +8 °С на одну минуту. Влажная кисть и пальцы осторожно и тщательно высушивались марлевой салфеткой, обе руки вновь помещались на специальную подставку перед камерой термографа, и проводились дальнейшее наблюдение и регистрация инфракрасного излучения тканей конечностей. Отмечались два типа восстановления инфракрасного излучения в ответ на кратковременное охлаждение: конвекционный и контактный. Определялась скорость и интенсивность восстановления исходного излучения [14]. Для оценки системы вегетативной регуляции сердца и сосудов использовались данные о вариабельности гемодинамических параметров, из которых наиболее простым и доступным являлся сердечный ритм. Исследование осуществлялось с помощью комплекса для анализа ВСР «Варикард» модели «ВК-1,4» (в дальнейшем — комплекс). Данные обрабатывались при помощи пакета программ Statistica 6 и электронных таблиц «Excel». Различия между сравниваемыми признаками считались значимыми при уровне p < 0,05. Определяли коэффициент корреляции на четырехпольной таблице [6] с учетом состояния ВНС и тепловизионной холодовой пробы. Результаты Нарушения адаптации к холоду с помощью те-пловизионной холодовой пробы и показателей ВСР выявлены у 249 практически здоровых лиц от 20 до 88 лет (114 мужчин и 135 женщин). Обзорная (серотональная) термограмма верхних конечностей у 105 практически здоровых лиц 20 — 30 лет (49 мужчин и 56 женщин) характеризовалась ровным фоном инфракрасного излучения. Определялось незначительное, видимое на экране аппарата, усиление инфракрасного излучения в области межпальцевых промежутков, внутренней поверхности локтевого сустава, а также небольшое ослабление его на выпуклых частях поверхности пальцев и кисти. Сравнение температурных перепадов изотермальных полей между «светлыми» и «темными» участками показывает незначительную разницу 0,1 —0,5 °С при среднем арифметическом показателе ДТ (0,21 ± 0,04) °С. Практически кисти рук, пальцы и предплечья здорового человека находились в единой изотерме, что свидетельствовало о высокой интенсивности обменных процессов тканей рук, достаточном и равномерном кровообращении. Кроме того, исследовано инфракрасное излучение рук у 144 человек в возрасте 50 лет и старше без сосудистой патологии (65 мужчин и 79 женщин). Для этой группы людей типичной особенностью термограммы являлся ее «пятнистый» характер, который отмечался у 103 человек (71,5 % от числа обследованных). На фоне неоднородного термального рисунка отчетливо выявлялось снижение интенсивности инфракрасного излучения в дистальных отделах рук, в первую очередь кончиков пальцев (93 человека). Температурные перепады изотермальных полей между «теплыми» (предплечья) и «холодными» (пальцы) колебались в пределах 0,3—15,0 °С при среднем показателе ДТ (2,5 ± 0,2) °С. Анализ полученных результатов исследования инфракрасного излучения свидетельствует о том, что с увеличением возраста повышается разница температурного градиента изо-термальных полей. Проба с охлаждением рук проведена у 249 практически здоровых людей в возрасте от 20 до 88 лет. Инфракрасное излучение охлажденных кистей при холодовой пробе у 105 молодых людей быстро подавлялось, что на экране тепловизора представлялось как «ампутационная» термограмма, ограниченная уровнем лучезапястного сустава, то есть границей погружения кисти. Температурные перепады в зоне охлаждения были незначительные, тепловая разница между охлажденной и неохлажденной кистями рук и предплечьями составляла от 5 до 10 °С. Восстановление инфракрасного излучения у молодых людей 20—30 лет начиналось сравнительно быстро, в течение первой минуты после охлаждения. 34 Экология человека 2012.11 Экологическая физиология У подавляющего (61,9 %) количества обследованных оно происходило с кончиков пальцев, то есть конвекционным путем — тепло переносилось током крови через систему сосудов кисти и пальцевых артерий. В среднем период восстановления излучения тканей рук после охлаждения составляет (10,9 ± 0,9) минуты. Это свидетельствует о хорошей компенсаторной реакции сосудистой системы, направленной на скорейшее восстановление нарушенного кровообращения в дистальных участках конечностей, вызванного охлаждением. При проведении пробы с охлаждением у 144 лиц в возрасте 50 лет и старше инфракрасное излучение охлажденных участков рук быстро подавлялось и имело характер «ампутационной» термограммы. Температурная разница между участками охлажденной и неохлажденной кистей рук и предплечий составляла от 4 до 15 °С при среднем показателе ДТ 7,8 °С. Восстановление инфракрасного излучения рук после прекращения действия холода у 82,6 % обследованных этой группы начиналось диффузно со стороны предплечья от теплых зон к холодным — контактным путем (кондукционным). В среднем период восстановления составляет (23,9 ± 1,8) минуты, то есть в 2,2 раза медленнее, чем у 20—30-летних. Это является доказательством нарушения адаптации к холоду наиболее часто охлаждающихся участков тела, так как быстрота сосудистых реакций — решающий фактор защиты от локальных отморожений. При проведении корреляционного анализа сосудистых реакций рук на кратковременное охлаждение (табл. 1) по данным тепловидения у людей 20—30 лет и 50 лет и старше выявлена умеренная степень тесноты связи (r = 0,46; p < 0,001). Таблица 1 Адаптационные сосудистые реакции на холодовую пробу по данным тепловидения Результат холодовой пробы Обследованные Контактный путь восстановления Конвекционный путь восстановления Итого 20-30 лет 40 (16,1%) 65 (26,1%) 105 (42,2%) 50 лет и старше 119 (47,8%) 25 (10,0%) 144 (57,8%) Всего 159 (63,9%) 90 (36,1%) 249 (100,0%) Для оценки функционального состояния ВНС у обследованных одновременно с тепловидением проводилась вариационная пульсометрия. Проанализирована наиболее удобная для вычисления переменная SDNN, которая отражает все циклические компоненты, ответственные за вариабельность в течение периода записи, что позволило всех испытуемых разделить на группы в зависимости от преобладания того или иного отдела ВНС (табл. 2). Анализ показателей ВСР дает возможность сделать вывод о преобладании у 73,1 % обследованных парасимпатических влияний на сердце. Причем при Таблица 2 Адаптационные сосудистые реакции рук на холодовую пробу по данным тепловидения и вариабельности сердечного ритма Вегета тивная нервная регуляция Результат холодовой пробы Итого Конвекционный путь восстановления Контактный путь восстановления Лица 20-30 лет Лица 50 лет и старше Лица 20-30 лет Лица 50 лет и старше Симпати ческая 2 (0,80%) 16 (6,42%) 4 (1,61%) 17 (6,83%) 39 (15,66%) Парасим патическая 61 (24,50%) 5 (2,00%) 27 (10,84%) 89 (35,74%) 182 (73,09%) Равнове сие 2 (0,80%) 4 (1,61%) 9 (3,61%) 13 (5,22%) 28 (11,24%) Всего 65 (26,10%) 25 (10,04%) 40 (16,06%) 119 (47,79%) 249 (100,00%) проведении корреляционного анализа у практически здоровых людей 20—30 лет и 50 лет и старше установлена прямая значимая связь (r = 0,65; p < 0,001) характера сосудистых реакций на кратковременное охлаждение именно с парасимпатической регуляцией синусового ритма (табл. 3). Таблица 3 Адаптационные сосудистые реакции рук на холодовую пробу по данным тепловидения при преобладании парасимпатического отдела вегетативной нервной системы Результат холодовой пробы Обследованные Контактный путь восстановления Конвекционный путь восстановления Итого 20-30 лет 27 (10,84%) 61 (24,50%) 88 (35,34%) 50 лет и старше 89 (35,74%) 5 (2,00%) 94 (37,74%) Всего 116 (46,58%) 66 (26,50%) 182 (73,08%) Обсуждение результатов Высокая лабильность сердечно-сосудистой системы, утрата рефлекторного конвекционного типа передачи калоригенных процессов, преобладание парасимпатического отдела ВНС после холодовой пробы у практически здоровых людей — объективные проявления изменения реактивности сердца и сосудов. Тем более хорошо известна взаимосвязь иннервации сердца и рук и более развитой сети симпатических нервов сердца, отходящих от левого пограничного ствола нерва [3]. Этим также следует объяснить нарушение циркуляции тканей рук при тепловидении в сочетании с холодовой пробой. Известно, что устойчивость организма человека к экстремальным факторам во многом обусловливается его функциональными резервами, которые рассматриваются не как простая сумма возможностей отдельных физиологических систем, а как их интегральный показатель с новыми количественными и качественными характеристиками [8]. В результате проведенных исследований с основой на концепции индивидуальной характеристики устойчивости организма человека к 35 Экологическая физиология Экология человека 2012.11 холоду определено (с высокой степенью тесноты связи: r = 0,73; p < 0,001), что конвекционная форма переноса тепловых потоков, регистрируемая после тепловизионной холодовой пробы, зависит от возраста, состояния вегетативной регуляции организма человека и может быть основным признаком нормы циркуляторных и метаболических процессов в тканях дистальных отделов конечностей у практически здоровых людей разного возраста (табл. 4). Таблица 4 Конвекционный путь передачи тепла после холодовой пробы по данным тепловидения в зависимости от состояния вегетативной регуляции организма человека Вариабельность сердечного ритма Обследованные Симпатическая регуляция Парасим патическая регуляция Итого 20 — 30 лет 2 (0,8%) 61 (24,5%) 63 (25,3%) 50 лет и старше 16 (6,4%) 5 (2,0%) 21 (8,4%) Всего 18 (7,2%) 66 (26,5%) 84 (33,7%) Таким образом, контактный путь передачи тепла после тепловизионной холодовой пробы у практически здоровых людей значимо обусловлен ваготоническим состоянием регуляции сердечной деятельности, а также меньшей устойчивостью организма к экстремальным факторам низкой температуры и высокой влажности. Поэтому для интегральной прогностической оценки состояния сердечно-сосудистой системы человека в экстремальных природно-производственных условиях может быть использована тепловизионная холодовая проба в сочетании с анализом вариабельности сердечного ритма.

About the authors

N V Popova

Northern State Medical University

Email: mice2311@atnet.ru
Arkhangelsk

V A Popov

Northern State Medical University

Arkhangelsk

A B Gudkov

Northern State Medical University

Arkhangelsk

References

Supplementary files