Bioelectric heart processes in healthy men at different levels of acute normobaric hypoxia

Cover Page

Abstract


The aim was to study cardiac bioelectric features across different levels of acute normobaric hypoxia (ANH) in healthy young men. Methods: We studied cardiac functions in response to exposure to ANH of mild (14.5 % O2) and medium (12.3 % O2) degrees for 20 minutes among 30 and 29 young men, respectively. Results. With mild and medium degree of ANH, SpO2 decreases to (91.6 ± 4.2) % and to (78.2 ± 5.2) %, respectively. An initial increase in the P1II wave was common for all ANH exposures. On average, during the period of mild ANH, the total BAL and BAR of the heart compartments decreased, only at the beginning the RR and QT intervals decreased, and in the end QT increased. Medium ANH was associated with more pronounced changes in ECG characteristics. On average, during the ANH period of 12.3 % O2, the RII wave (by 0.078 mV, p < 0.001), T1II (0.074 mV, p < 0.001), BAL (0.26 mV, р < 0.001) and BAR (at 0.12 mV, p < 0.001) of the heart decreased, RR intervals (at 100 ms, p < 0.001), QT (11 ms, p < 0.001), and Pc, PQc, QRSc, QTc increased. Correlations between QT deviations and SpO2, СО, SVR, VIK increased. For ANH of 14.5 % O2, the factor "positive chronotropic effect" dominated in the general structure of the ECG, while for 12.3 % O2 it was "chrono-inotropic conjugation". Conclusions. Changes in ECG parameters seem to be more pronounced in exposure to moderate than mild ANH. Possible extracardiac and myogenic regulation mechanisms in the organization of heart bioelectric processes with a mild and medium degree of hypoxia are proposed in the paper.

Full Text

Одной из важных научно-практических проблем физиологии и медицины является изучение влияния на организм человека гипоксии. Современные сведения указывают на то, что ключевым регулятором в развитии ответа на гипоксическое воздействие, вне зависимости от способа его моделирования, является экспрессия гипоксией индуцируемого фактора НШ-1а [2, 14]. В зависимости от пути активации и ингибирования комплекса HIF-I-регулируемых генов и их белковых продуктов может доминировать вовлечение физиологических механизмов адаптации к гипоксии [28, 30] либо - патофизиологических процессов [26, 30]. За последние десятилетия шире стали проводиться исследования по изучению влияния гипобарической или нормобарической гипоксии на организм человека. Так, моделирование гипоксии сегодня используется в авиакосмической физиологии и медицине [15], подводных погружениях [25], для повышения специфической [13, 14] и неспецифической [11, 13, 16] 28 Экология человека 2020.12 Экологическая физиология резистентности организма, в профилактике, диагностике, терапии и реабилитации[1, 13]. Несмотря на широкое применение нормобарической гипоксии, до сих пор отсутствует консенсус по её классификации, режимам, критериям дозирования, оптимальной достаточности действия, а также стандартизации изучаемых параметров. В свое время А. З. Колчинской [13] на основании изучения вегетативных реакций и уровня снижения pO2 в системе доставки кислорода к тканям («каскады кислорода») обозначены I-V степени выраженности гипоксической гипоксии. В случаях с гипоксическими тренировками в зависимости от требуемой суммарной дозы воздействия Н. И. Волков [8] выделял 3 основные степени гипоксии. Л. Д. Лукьянова [14] по критериям выраженности расстройств жизнедеятельности организма обозначила 4 степени тяжести гипоксии. В этом контексте особое значение имеет решение большой группы международных экспертов, которые определили (на 2017 год) 46 из 162 параметров в качестве основных для отчетов по клиническим исследованиям в области высокогорной медицины [24]. Вместе с этим существующая практика дозирования гипоксических воздействий и выбора изучаемых параметров пока не отвечает единым требованиям, отсюда часто возникают сложности проведения сравнительного анализа экспериментальных или клинических исследований [17 и др.]. Одна из распространенных, но до конца не решенных задач заключается в изучении гипоксией индуцируемых реакций сердечно-сосудистой системы, и сердца в частности. Известно, что только с увеличением степени гипоксического воздействия (ниже 10 % О2) и его длительности подавляются энергозависимые процессы, в том числе функция электровозбудимых клеток [4, 14]. Подобные изменения энергетического метаболизма митохондрий замечены в правом и левом желудочках миокарда [27], а также при нарушении метаболизма миокардиоцитов в условиях гипоксии и ишемии миокарда [6]. Хорошо известно, что одним из распространенных методов контроля за состоянием миокарда является электрокардиография (ЭКГ) [8, 20]. В. Б. Малкин и Е. Б. Гиппенрейтер [15], анализируя большой материал, приходят к заключению, что в начальном периоде острого гипоксического воздействия отмечаются «неспецифические» для состояния функционального напряжения изменения ЭКГ. С увеличением тяжести гипоксического состояния организма прямое влияние кислородного голодания на сердце обусловливает существенные изменения ЭКГ. Последние ЭКГ-исследования, выполненные на здоровых молодых людях с острой нормобарической гипоксией (ОНГ), показывают неоднозначные результаты: при ОНГ 10 % О2 (n = 10) установлено увеличение корригированного интервала QTc без заметных изменений QT, но уменьшение его дисперсии [22]; при 12 % О2 (n = 14) - существенно уменьшался интервал QT, увеличивалось его корригированное значение, а амплитудные характеристики электри ческого поля сердца значимо не изменялись [9]; при 12,4 % О2 (n = 40) - изменения интервала QT и амплитуды зубца T1II не отличались стабильностью и были зависимы от типа реактивности вегетативных реакций [5]. Несмотря на уже существующий в литературе фактологический материал, многие вопросы информативности критериев ЭКГ при острой гипоксии еще требуют своего решения. Целью настоящей работы послужило изучение особенностей организации биоэлектрических процессов сердца в зависимости от степени выраженности острой нормобарической гипоксии и развивающейся гипоксемии у здоровых молодых людей. Методы Исследования носили экспериментальный характер и проводились на базе лаборатории функционального биоуправления Сыктывкарского госуниверситета (СыктГУ) в зимний (январь - февраль) сезон год. В качестве испытуемых были две группы физически здоровых мужчин 18-26 лет (студенты факультета физической культуры СыктГУ). Сначала исследования проведены на одной группе (n = 30), а затем, через год в этот же период года, на другой группе (n = 29). Испытуемые обеих групп мало отличались по общим признакам (М ± m): возраст (21,4 ± 0,27) и (20,2 ± 0,31) года; длина тела (177,9 ± 0,92) и (178,6 ± 1,49) см; масса тела (75,7 ± 1,74) и (74,7 ± 1,88) кг; систолическое и диастолическое артериальное давление крови (127,9 ± 1,25), (128,1 ± 2,28) и (75,0 ± 1,61), (71,0 ± 2,02) мм рт. ст. соответственно. Исследования проводили с 08.30 до 12.00 часов в помещении при температуре воздуха 21-23 оС, относительной влажности 55-64 %, барометрическом давлении 740-750 мм рт. ст. Испытуемых предварительно знакомили с протоколом исследования, возможностью отказаться от участия на любом этапе работы, после чего свое согласие они подкрепляли в письменном виде. Исследования проводили с соблюдением этических медико-биологических норм, изложенных в Хельсинкской декларации, а также были одобрены локальным биоэтическим комитетом ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Испытуемые в горизонтальном положении на кушетке после относительной стабилизации артериального давления подвергались ОНГ в течение 20 мин. В первой серии исследования ОНГ соответствовала дыханию воздухом с содержанием кислорода (14,5 ± 0,16) %, или рО2 108 мм рт. ст., во второй серии - (12,3 ± 0,14) %, или рО2 90 мм рт. ст. Применяемые нами воздействия условно названы [14] в первом случае как «легкая», во втором - «средняя» степени ОНГ, численные значения которых находятся в пределах 15-10 % О2, соответствуя определению - острая гипоксия [8]. Дыхание газовой смесью осуществлялось через маску, соединенную с газовым мешком ёмкостью 50 л, который постоянно пополнялся потоком воздуха, обедненным кислородом с помощью модифицирован 29 Экологическая физиология Экология человека 2020.12 ного (свидетельство на полезную модель № 24098 от 27.07.2002 ГУ НИИ физиологии СО РАМН) кислородного концентратора Onyx PSA Oxygen Generator (AirSer Corporation, США). Контроль за содержанием О2 в газовом мешке обеспечивался анализатором «OxiQuant B» (фирма «EnviteC», Германия), снабженным датчиком О2 «Goel 369» (фирма «Greisinger Electronic», Германия). В состоянии покоя и на каждой минуте тестового воздействия ОНГ при помощи портативного пульсо-ксиметра «NONIN8500» (фирма «NONIN Medical, Inc.», США»), снабженного светодиодным клипсовым датчиком, накладываемым на палец правой руки, измеряли оксигенацию крови (SрO2 %) и частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд.хмин-1). Динамика SрO2 служила контролем развития гипоксического состояния организма, и в случае достижения её критического уровня (SрO2 = 65 %) прекращалось тестирование. Электрокардиограмму регистрировали в положении лежа в покое, на 5, 10 и 20-й мин ОНГ. Измерялась ЭКГ в трех стандартных - I, II, III (по Эйнтховену), трех усиленных - aVR, aVL, aVF (по Гольдбергу) и шести грудных - V1, V2, V3, V4, V5, V6 (по Вильсону) отведениях на компьютеризованном комплексе «Кардиометр-МТ» (производитель ТОО «Микард», Санкт-Петербург) с автоматической обработкой и усреднением за 24-секундный период измерения. Анализ осуществляли по следующим параметрам ЭКГ - амплитудные: P1II, RII, SII, T1II в мВ; временные: RR, DX (вариационный размах интервала RR), P, PQ, QRS, QT в мс. Дополнительно рассчитывали корригированное значение Q^ в усл. ед. (по формуле H. C. Bazett) и по аналогии Рс, PQс и QRSс для оценки их доли в общей длительности RR, а также суммарную биоэлектрическую активность левого (BAl, = Rv6 + Savf + Sv2) и правого (BAr, = Sv6 + Ravf + Rv2) отделов сердца в мВ и их соотношение (BAl/BAr) [23]. Репрезентативность наблюдаемых выборок (n = 30 и n = 29) определялась по формуле [12] для неизвестной численности генеральной совокупности количественных признаков, на примере отклонений параметров ЭКГ на 5 мин воздействия ОНГ, когда достаточность объема выборки составляла n = 25, а иногда и меньше. Статистический анализ проведен с помощью лицензионной программы Statistica 10.0 (StatSoft, Inc., США). По тесту Колмогорова - Смирнова и Лиллифорса установлена подчиненность большинства параметров закону нормального распределения. Рассчитывали среднюю арифметическую величину (М), её ошибку (m), стандартное отклонение (SD), дисперсию (S2), разность отклонений (d), их среднюю (Мй), доверительный интервал (tmd) при р = 0,05. Достоверность различий для независимых переменных определяли методом сравнения средних, а для зависимых - методом разности отклонений по критерию t-Стьюдента; значимость отличий принималась при р < 0,05. Взаимосвязь между переменными определяли с помощью коэффициента корреляции Пирсона, а для установления уровня значимости применяли графический метод (2D Scatterplots) парной линейной регрессии с отражением численных значений зависимости. С целью выявления ведущих компонент Таблица 1 Оксигенация крови и компоненты электрокардиограммы в покое и при разной степени острой нормобарической гипоксии Покой (М ± SD) Разность отклонений (Мй ± tmd) при гипоксических воздействиях Параметр 5 мин 10 мин 20 мин d Р d Р d Р ^, % 97,9 ± 0,66 98,0 ± 0,72 -4,8 ± 1,05 -11,1 ± 1,51 <0,001 <0,001 -6,0 ± 1,54 -15,3 ± 1,64 <0,001 <0,001 -6,3 ± 1,49 -19,7 ± 1,96 <0,001 <0,001 Зубец P1II, мВ 0,116 ± 0,037 0,128 ± 0,043 0,013 ± 0,011 0,014 ± 0,012 0,029 0,029 0,008 ± 0,012 0,009 ± 0,013 0,169 0,201 0,005± 0,012 0,008 ± 0,013 0,414 0,201 Зубец RII, мВ 1,39 ± 0,464 1,43 ± 0,400 -0,046 ± 0,039 -0,058 ± 0,019 0,022 <0,001 -0,040 ± 0,043 -0,084 ± 0,028 0,069 <0,001 -0,043 ± 0,039 -0,093 ± 0,030 0,032 <0,001 Зубец SII, мВ -0,179 ± 0,130 -0,173 ± 0,145 0,003 ± 0,008 -0,010 ± 0,012 0,458 0,110 -0,003 ± 0,009 -0,010 ± 0,015 0,458 0,184 -0,0002 ± 0,012 -0,008 ± 0,016 0,968 0,282 Зубец TjII, мВ 0,360 ± 0,126 0,360 ± 0,100 -0,003 ± 0,016 -0,070 ± 0,018 0,677 <0,001 0,000 ± 0,018 -0,068 ± 0,017 1,00 <0,001 -0,008 ± 0,021 -0,084 ± 0,023 0,444 <0,001 Интервал RR, мс 931,0 ± 148,4 866,7 ± 170,9 -38,7 ± 34,69 -104,8 ± 26,20 0,030 <0,001 -23,3 ± 30,91 -99,3 ± 31,95 0,133 <0,001 20,0 ± 41,61 -95,8 ± 36,47 0,333 <0,001 Интервал P, мс 98,0 ± 12,42 100,3 ± 15,51 -1,0 ± 4,20 1,4 ± 3,00 0,630 0,354 -1,3 ± 3,21 2,7 ± 3,51 0,402 0,118 -2,7 ± 3,52 3,8 ± 3,99 0,132 0,061 Интервал PQ, мс 157.3 ± 27,28 160.3 ± 26,82 1,3 ± 2,54 2,7 ± 4,18 0,292 0,187 1,3 ± 2,72 3,8 ± 4,92 0,325 0,125 1,0 ± 2,99 4,5 ± 5,04 0,500 0,079 Интервал QRS, мс 101,0 ± 8,44 102,5 ± 7,51 0,01 ± 1,94 -0,3 ± 1,24 1,00 0,572 -1,6 ± 1,96 0,0 ± 0,09 0,096 1,00 -0,7± 1,94 0,3 ± 1,60 0,488 0,662 Интервал QT, мс 391,0 ± 25,77 376,4 ± 30,08 -5,7 ± 4,12 -13,1 ± 4,44 0,008 <0,001 -3,0 ± 4,81 -10,7 ± 4,97 0,213 <0,001 5,0 ± 4,87 -10,0 ± 5,84 0,044 0,001 Вариационный размах DX, мс 239,3 ± 138,3 180,7 ± 101,9 23,0 ± 53,58 -5,1 ± 42,0 0,387 0,802 48,3 ± 45,98 -9,6 ± 41,93 0,040 0,640 52,0 ± 39,15 -23,4 ± 42,16 0,011 0,264 Примечание. Здесь и в табл. 2 первая строка - при 14,5 % О2, вторая строка - при 12,3 % О2; ± tmd - доверительный интервал при р = 0,05. 30 Экология человека 2020.12 Экологическая физиология ЭКГ использован факторный анализ, где в матрицу включали только первичные данные. Результаты Установлено, что при легкой степени ОНГ (14,5 % О2) на всех периодах (5, 10 и 20 мин) измерения SрO2 статистически значимо уменьшалась относительно покоя (табл. 1) и к 20-й мин воздействия достигала (91,6 ± 4,2) %. Кривая изменения SрO2 к 10-й мин ОНГ имела самую большую интенсивность уменьшения, а затем (к 20-й мин) несколько замедлялась. При средней степени ОНГ (12,3 % О2) SрO2 на всем протяжении пробы существенно уменьшалась относительно покоя (см. табл. 1) и была статистически меньше, чем при легкой ОНГ (t = 13,3; р < 0,001). Конечный эффект от воздействия средней ОНГ составил уменьшение SрO2 до (78,2 + 5,2) %. Характерно, что за весь период средней степени ОНГ дисперсия (S2) отклонений SрO2 была статистически больше - 36,1, чем при легкой - 13,8 (F = 2,29; р < 0,001). Анализ ЭКГ в покое показал, что в исследуемых группах измеряемые (см. табл. 1) и расчетные величины (табл. 2) статистически не различались (р > 0,05). Это позволяет считать наблюдаемые группы по параметрам ЭКГ однородными, что делает правомочным сравнение их отклонений в условиях разной степени ОНГ. Установлено, что на 5-й мин легкой степени ОНГ отмечалось статистически значимое увеличение зубца P1II и уменьшение RII, а в дальнейшем они были близки к уровню покоя (см. табл. 1). Амплитуды зубцов SII и T1II значимо не изменялись. Суммарные значения BAl и BAr отделов сердца существенно уменьшались к 5-й мин воздействия и поддерживались на низком уровне до конца ОНГ (см. табл. 2). Средняя величина соотношения BAl/BAr в покое составляла (1,78 + 0,99) усл. ед. и при ОНГ существенно не изменялась (t = 1,59-1,24; р = 0,122-0,221), свидетельствуя о стабильности поддержания баланса между BAL и BAr отделами сердца. При легкой степени ОНГ интервалы P, PQ и QRS практически не изменялись (р > 0,05) (см. табл. 1). Интервал RR статистически значимо уменьшался только к 5-й мин воздействия, а QT значимо уменьшался к 5-й мин и увеличивался к 20-й мин пробы, что сопровождалось статистически значимым приростом DX. Среди корригированных значений только к 5-й мин гипоксии статистически увеличивался интервал PQс (см. табл. 2), а Рс, QRSc и Q^ оставались неизменными (р > 0,05) относительно уровня покоя (см. табл. 2). При средней степени ОНГ (12,3 % О2) зубец P1II ЭКГ статистически значимо увеличивался, но только вначале (к 5-й мин) пробы (см. табл. 1). Амплитуды зубцов RII и T1II от начала и до конца ОНГ существенно уменьшались относительно покоя. Статистически значимо уменьшались интервалы RR и QT. Заметных изменений амплитуды зубца SII, интервалов - P, PQ, QRS и DX не отмечалось. На всем протяжении ОНГ BAl и BAr больше уменьшались, чем при легкой степени гипоксии (см. табл. 2). Средняя величина соотношения BAl/BAr при средней ОНГ мало изменялась (р = 0,534 - 0,563). Корригированные значения Рс, PQ^ QRSс и Q^ статистически значимо увеличивались по мере действия ОНГ относительно уровня покоя. Характерно, что в отличие от легкой при средней ОНГ за весь период воздействия (n1 = 90, n2 = 87) общая дисперсия была статистически значимо меньше для RII (F = 2,37; р < 0,001), BAR (F = 1,93; р = 0,002) и BAl/BAr (F = 2,77; р < 0,001), но больше - для PQ (F = 2,82; р < 0,001) и PQс (F = 2,65; р < 0,001). Факторный анализ показал, что возможными к описанию были 2 фактора, достоверно объясняющих (на 52,6 и 49,9 %) общую дисперсию. Как видно из табл. 3, при легкой ОНГ 1-й фактор имеет обратную связь с изменением интервала QT, затем с RR. Второй по значимости фактор связан с периодом QRS. При средней ОНГ 1-й фактор имеет больший процент объясненной дисперсии (см. табл. 3). Здесь, помимо связи фактора с QT и RR, увеличивается прямая связь с амплитудой P1II и обратная - с T1II. Второй по значимости фактор ограничивается положительными связями с интервалами Р и PQ. Таблица 2 Суммарная биоэлектрическая активность левого и правого отделов сердца и корригированные значения кардиоинтервалов в покое и при разной степени острой нормобарической гипоксии Покой (М + SD) Разность отклонений (Md + tmH) при гипоксических воздействиях Параметр 5 мин 10 мин 20 мин d Р d Р d Р BAl, мВ 3,30 + 0,806 3,28 + 0,761 -0,158 + 0,096 -0,274 + 0,098 0,002 <0,001 -0,158 + 0,103 -0,293 + 0,096 0,003 <0,001 -0,125 + 0,099 -0,225 + 0,088 0,015 <0,001 BAr, мВ 2,10 + 0,623 2,05 + 0,451 -0,070 + 0,048 -0,101 + 0,035 0,006 <0,001 -0,063 + 0,055 -0,131 + 0,042 0,026 <0,001 -0,076 + 0,058 -0,127 + 0,041 0,012 <0,001 Pe, усл. ед. 103,0 + 18,99 108,8 + 16,90 0,6 + 5,73 9,1 + 4,53 0,812 <0,001 -0,7 + 4,55 9,9 + 4,99 0,758 <0,001 -4,2 + 4,73 11,6 + 6,15 0,076 <0,001 PQe, усл. ед. 165,2 + 35,79 174,6 + 28,41 4,4 + 4,22 14,9 + 6,53 0,041 <0,001 2,8 + 4,33 15,0 + 6,62 0,198 <0,001 -1,2 + 4,16 16,2 + 8,30 0,560 <0,001 QRSс, усл. ед. 105,4 + 10,19 111,1 + 11,21 2,2 + 3,12 6,9 + 2,13 0,154 <0,001 -0,5 + 2,75 6,6 + 2,27 0,684 <0,001 -1,8 + 2,92 7,4 + 2,98 0,220 <0,001 QTс, усл. ед. 407,4 + 21,29 408,0 + 22,02 2,2 + 5,55 12,0 + 5,45 0,410 <0,001 1,1 + 5,14 12,5 + 4,38 0,650 <0,001 0,4 + 5,52 13,5 + 5,23 0,877 <0,001 31 Экологическая физиология Экология человека 2020.12 Таблица 3 Факторные структуры компонентов электрокардиограммы по разности их отклонений при разной степени острой нормобарической гипоксии Компонент ЭКГ Факторная нагрузка ОНГ 14,5 % О2, n = 90 ОНГ 12,3 % О2 n = 87 1-й фактор 2-й фактор 1-й фактор 2-й фактор рЛ 0,634 0,163 0,762 0,092 RII -0,401 -0,627 -0,360 0,233 SII 0,229 -0,428 0,394 -0,153 TjII -0,689 0,368 -0,711 0,086 RR -0,729 0,473 -0,797 0,293 P 0,597 0,230 0,428 0,716 PQ 0,361 0,406 0,376 0,739 QRS -0,198 -0,805 -0,130 0,444 QT -0,859 0,118 -0,813 0,192 % объясненной дисперсии 32,12 20,49 33,50 16,38 Примечание. Жирным шрифтом выделены факторные нагрузки больше 0,7. Факторный анализ указывает на то, что ведущим компонентам ЭКГ является интервал QT. Поэтому важным было установить, как он количественно зависит от уровня оксигенации крови (dSpO2). Как видно из рисунка и подписи к нему, коэффициент корреляции для средней степени ОНГ имеет большую статистическую значимость, чем для легкой. При этом, судя по линии регрессии в сопоставимом диапазоне оксигенации крови (до -16 %), при средней ОНГ на одну и ту же единицу понижения SpO2 приходится большее уменьшение интервала QT, чем при легкой степени гипоксии. Зависимость отклонения электрической систолы желудочков миокарда (dQT) от уменьшения оксигенации крови (dSpO2) у здорового человека при острой нормобарической гипоксии 14,5 об. % О2 (1) и 12,3 об. % О2 (2): 1 - dQT = 3,5307 + 0,829 х х; r = 0,236; р = 0,025; n = 90; 2 - dQT = -0,0294 + 0,724 х х; r = 0,305; р = 0,004; n = 87. Насколько зависит изменение QT от системных сдвигов гемодинамики (CO - минутный объем кровообращения, SVR - общее периферическое сопротивление, систолическое и диастолическое артериальное давление, VIK - вегетативный индекс Кердо, данные опубликованы нами ранее [7]), можно судить по их корреляции. Так, для состояний легкой (n = 90) и средней (n = 87) ОНГ парная корреляция отклонений QT обнаруживает следующие связи: с CO (г = -0,28, р = 0,007; r = -0,39, р < 0,001), SVR (r = 0,18, р = 0,081; r = 0,25, р = 0,021), VIK (r = -0,24, р = 0,019; r = -0,45, р < 0,001) соответственно, а с артериальным давлением связи не обнаруживаются. Обсуждение результатов Концептуально важен факт, что применяемые нами воздействия ОНГ - 14,5 % О2 и 12,3 % О2 соответствуют в среднем уменьшению рО2 вдыхаемого воздуха на 21,1 и 43,4 % относительно нормоксии, что согласно правилу Пфлюгера не достигает порогового уровня рО2 среды, при котором нарушается деятельность ведущих функциональных систем и снижается потребление кислорода организмом [14]. Так же как наблюдаемые нами при легкой и средней степени ОНГ уменьшения SрO2 на 6,6 и 20,3 % относительно покоя не являются критическими [14]. При этом нарастание степени выраженности ОНГ (от легкой к средней) всего на -2,2 об. % О2 приводит к существенному увеличению (в 2,29 раза) дисперсии изменений SрO2, свидетельствуя о повышении вариативности индивидуальных особенностей способности гемоглобина связывать кислород, по аналогии с подвижностью нейрональной пластичности мозга в экстремальных условиях [17]. Важно отметить, все компоненты ЭКГ в покое и при разных ОНГ воздействиях по абсолютным значениям не выходят за границы известных норм [10], следовательно, наблюдаемые их отклонения носят физиологический характер. Одной из особенностей изменения ЭКГ является независимое от степени выраженности ОНГ начальное и относительно одинаковое увеличение зубца P1II, что иногда отмечалось ранее при острой гипоксии [15] и объяснялось повышенной нагрузкой на правое сердце за счет увеличения его кровенаполнения и повышения сопротивления сосудов малого круга. Легкая степень ОНГ (14,5 % О2) вызывает периодическое уменьшение максимальной ВА желудочков, но стабильное понижение суммарной ВА правого и левого отделов сердца, без нарушения пропорциональности их соотношения (BAl/BAr). Такие сдвиги однозначно объяснить сложно, т. к. в этих условиях включение компенсаторных механизмов энергетического обмена препятствует снижению внутриклеточного содержания АТФ [4] и соответственно электрогенной функции [14]. Поэтому в качестве парадигмы можно предположить, что в условиях малого дефицита кислорода повышается эффективность митохондриального дыхания кардиомиоцитов, в результате чего потенциал действия клеток миокарда, включая де- и реполяризацию, уменьшается, но сохраняется сократительная его функция. 32 Экология человека 2020.12 Экологическая физиология Также в условиях легкой степени ОНГ отмечается начальный положительный хронотропный эффект (судя по RR и QT) и отрицательный (по QT) - к концу ОНГ. По-видимому, это обусловлено начальным усилением симпатического влияния на миокард, вызванного рефлекторно и психоэмоциональным стрессом на процедуру тестирования, в последующем с ослаблением симпатикуса [15], что подтверждается нарастанием DX, а также мощным начальным увеличением SAP, CO и вегетативного напряжения с ослаблением реакций к концу легкой степени ОНГ [7]. Вместе с этим установленное начальное увеличение корригированного PQс свидетельствует о нарастании доли времени предсердно-желудочкового проведения возбуждения в общей длительности RR, за счет уменьшения диастолической фазы, т. к. Q^ не изменяется. Средняя степень ОНГ (12,3 % О2) вызывает более существенное уменьшение максимальной ВА желудочков и конечной её фазы, суммарной ВА левого и правого отделов сердца и вариативности отклонений RII, BAr, BAl/BAr относительно легкой ОНГ. Эти изменения могут быть связаны с компенсаторным усилением гликолиза, повышением эффективности механизмов вегетативного обеспечения деятельности сердца, переходом кардиомиоцитов на более экономный путь использования кислорода, что и приводит к уменьшению электрической активности сократительных клеток миокарда с повышением индивидуальной однородности его деполяризации и согласованности активности левого и правого отделов сердца при средней степени ОНГ. Отчасти это подтверждается увеличением потребления кислорода организмом, лактатдегидрогеназы в крови и коэффициента использования кислорода [21], легочной вентиляции [13 и др.], минутного объема кровообращения [7, 13] и понижением общего периферического сопротивления [7] у человека при однократной острой гипоксии, а также расширением сосудов микроциркуляции и увеличением коронарного кровотока [19], повышением КПД миокарда в эксперименте с гипоксией на животных [3]. При этом вызванное гипоксией (12,3 % О2) стойкое уменьшение длительности RR и QT обусловливается компенсаторным усилением влияния симпатикуса на основной водитель ритма (синоатриальный узел) [15 и др.]. А нарастание дисперсии интервала PQ, свидетельствуя о повышении неоднородности процесса предсердно-желудочкового проведения возбуждения, может быть связано с увеличением индивидуальных особенностей степени влияния парасимпатикуса на атриовентрикулярный узел в ответ на развивающуюся гипоксемию, именно поэтому нами не наблюдались значимые изменения интервала PQ. Установленный нами прирост корригированных значений Рс, PQс при средней степени ОНГ можно рассматривать как увеличение доли предсердно-желудочкового проведения возбуждения в длительности кардиоцикла за счет удлинения периода сокращения предсердий. В то же время нарастание QRSc и Q^ может свидетельствовать об увеличении доли времени электрической систолы желудочков в общей длительности кардиоцикла за счет прироста периода деполяризации желудочков миокарда. В целом эти соотношения свидетельствуют об относительном увеличении длительности процессов де- и реполяризации за счет уменьшения фазы покоя (диастолы) в общей картине организации сердечного цикла при средней степени гипоксии. По-видимому, такие относительные увеличения фазы де- и реполяризации направлены на эффективное завершение сокращения предсердий и систолы желудочков, что обусловливает в данных гипоксических условиях (12,3 % О2) повышение производительности сердца [7]. Такие же изменения QT и QT^ кроме некоторых позиций (не изменяющиеся амплитуды экстремумов электрического поля сердца), в условиях ОНГ 12 % О2 отмечались ранее [9], что объяснялось угнетением митохондриального аэробного дыхания и снижением образования АТФ. Однако с этим суждением сложно согласиться, т. к. показанное [9] уменьшение SрO2 (до 77 %) не достигало порогового уровня, при котором снижается митохондриальное дыхание и содержание АТФ [4, 14]. Анализ факторной структуры параметров ЭКГ позволил установить, что для легкой степени ОНГ главной компонентой является «положительный хронотропный эффект» (QT, RR) и с меньшей факторной нагрузкой компонента - «отклонение деполяризации желудочков» (QRS). Для средней степени ОНГ характерно усиление главной компоненты амплитудами P1II и T1II, определенной как «хроно-инотропная сопряженность», а второй по значимости является компонента «предсердное-желудочковое проведение возбуждения» (Р, PQ). Таким образом, можно считать, что при ОНГ 14,5 % О2 важнейшим внутрисердечным регулятором биоэлектрических процессов сердца является временная составляющая реакции на гипоксию, а с увеличение гипоксического воздействия (12,3 % О2) такая роль принадлежит усилению сопряженности временных и амплитудных процессов. Одним из факторов, оказывающим прямое влияние на электрическую систолу желудочков миокарда, может являться дефицит кислорода. Есть данные, показывающие, что выраженное укорочение QT коррелирует с SрO2 при гипоксии [29]. Наши результаты подтверждают это, но, судя по регрессии, в количественном отношении близкое по интенсивности развитие гипоксемии при гипоксии 14,5 % О2 и 12,3 % О2 сопровождается более выраженным уменьшением длительности электрической систолы желудочков в условиях средней степени ОНГ. Очевидным было ожидать наличие связи отклонений QT с параметрами системной гемодинамики [7] в этих же условиях. Установлено, что наблюдаемое нами уменьшение QT, особенно выраженное при средней степени ОНГ, коррелирует с увеличением минутного объема кровообращения, вегетативного напряжения и уменьшением общего периферического 33 Экологическая физиология Экология человека 2020.12 сопротивления сосудов. Причем с нарастанием выраженности ОНГ эти связи усиливаются, свидетельствуя об увеличении сопряженности электрической систолы желудочков с системными сдвигами гемодинамики, за исключением отсутствующих корреляций с артериальным давлением. Механизмы таких связей еще предстоит исследовать. Таким образом, есть основание считать, что наблюдаемые изменения параметров ЭКГ при гипоксии обусловлены экстракардиальными механизмами и миогенной ауторегуляцией сердца. Полученные нами данные об изменениях параметров ЭКГ, гипоксемии и их связях при разной степени выраженности дефицита кислорода могут использоваться в качестве экспериментальных моделей для прогнозирования гипоксических состояний здорового человека в условиях экзогенной гипоксии, с которой он встречается в холодный период года, особенно на Севере России. Выводы 1. Установлено, что с увеличением степени выраженности кратковременной ОНГ от 14,5 до 12,3 % О2, не только больше развивается гипоксемия, но и повышается внутригрупповая неоднородность её изменения, свидетельствуя об увеличении вариативности способности к оксигенации гемоглобина. 2. Вне зависимости от степени ОНГ только в начальном её периоде увеличивается биоэлектрическая активность правого предсердия, что рассматривается как один из срочных механизмов активации деятельности сердца при гипоксии. 3. С увеличением степени ОНГ нарастает количество и интенсивность изменения амплитудно-временных параметров ЭКГ в реакции на гипоксию. Существенно уменьшается суммарная биоэлектрическая активность левого и правого отделов сердца, без признаков изменения их соотношения, четко проявляется положительный хронотропный эффект. При этом уменьшается вариативность отклонений амплитуды RII, BAR и BAl/BAr, но увеличивается вариабельность PQ. 4. Показано, что при средней степени ОНГ больше увеличиваются корригированные значения Рс, PQ^ QRSc и QT^ чем при малой степени гипоксии, указывая на относительное увеличение длительности процессов де- и реполяризации за счет уменьшения диастолической фазы в общей картине организации сердечного цикла. Предполагается, что это направлено на эффективное завершение сокращения предсердий и систолы желудочков. 5. Факторный анализ показал, что при легкой степени ОНГ главной компонентой биоэлектрических процессов сердца является положительный хроно-тропный эффект, а при средней степени гипоксии - хроно-инотропная сопряженность биоэлектрических процессов сердца. 6. Установлено, что корреляция между QT и SрO2 нарастает с увеличением степени ОНГ, а, судя по регрессии, количественные отклонения длительности электрической систолы желудочков на единицу оксигенации крови больше выражены при средней степени гипоксии. 7. Показано, что с увеличением степени ОНГ нарастают корреляции отклонений интервала QT с параметрами системной гемодинамики, указывая на опосредованную обратную зависимость минутного объема кровообращения от длительности QT, а также прямое влияние общего периферического сопротивления сосудов и обратное влияние напряжения вегетативной регуляции на электрическую систолу желудочков миокарда.

About the authors

M. I. Bocharov

Federal Research Centre «Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»

Email: bocha48@mail.ru
Syktyvkar, Russia

A. S. Shilov

Federal Research Centre «Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences»

Syktyvkar, Russia

References

  1. Алексеева Т. М., Ковзелев П. Д., Топузова М. П., Сергеева Т. В., Трегуб П. П. Гиперкапнически-гипоксические дыхательные тренировки как потенциальный способ реабилитационного лечения пациентов, перенесших инсульт // Артериальная гипертензия. 2019. Т. 25, № 2. С. 134-142.
  2. Аллилуев И. А. Транскрипционный фактор HIF-1: механизмы регуляции при гипоксии и нормоксии // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2014. № 3. С. 56-60.
  3. Алюхин Ю. С., Иванов К. П. Коэффициент полезного действия миокарда после адаптации к гипоксии // Физиологический журнал СССР им. И. М. Сеченова. 1977. Т. 63, № 10. С. 1449-1450.
  4. Ахундов Р. А., Ахундова Х. Р. Энергетические механизмы окислительного стресса, эндогенная и экзогенная гипоксия // Биомедицина. 2009. № 3. С. 3-9.
  5. Баранов А. В., Бочаров М. И., Рощевская И. М. Компенсаторная реакция сердечно-сосудистой системы человека на кратковременную нормобарическую гипоксию // Вестник уральской медицинской академической науки. 2011. № 3. С. 39-41.
  6. Бизенкова М. Н., Чеснокова Н. П., Романцов М. Г. Сравнительная оценка энергообеспечения миокарда в норме и в динамике экспериментальной острой ишемии // Современные проблемы науки и образования. 2009. № 4. С. 12-21.
  7. Бочаров М. И. Реакция гемодинамики человека на разные по величине гипоксические воздействия // Ульяновский медико-биологический журнал. 2013. № 3. С. 138-145.
  8. Дерягина Л. Е., Цыганок Т. В., Рувинова Л. В., Гудков А. Б. Психофизиологические свойства личности и особенности регуляции сердечного ритма под влиянием трудовой деятельности // Медицинская техника. 2001. № 3. С. 40-44.
  9. Заменина Е. В., Пантелеева Н. И., Рощевская И. М. Электрическое поле сердца человека в период реполяризации желудочков при острой нормобарической гипоксии до и после курса интервальной гипоксической тренировки // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019. № 48. С. 115-134.
  10. Инструментальные методы исследования сердечнососудистой системы: справочник / под ред. Т. С. Виноградовой. М.: Медицина, 1986. 416 с.
  11. Ключникова Е. А., Аббазова Л. В., Лоханникова М. А., Ананьев С. С., Павлов Д. А., Балыкин М. В. Влияние прерывистой нормобарической гипоксии на системную гемодинамику, биохимический состав крови и физическую работоспособность лиц пожилого возраста // Ульяновский медико-биологический журнал. 2017. № 4. С. 155-163.
  12. Койчубеков Б. К., Сорокина М. А., Мхитарян К. Э. Определение размера выборки при планировании научного исследования // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. Медицинские науки. 2014. № 4. С. 71-74.
  13. Колчинская А. З., Цыганова Т. Н., Остапенко Л. А. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка в медицине и спорте. М.: Медицина, 2003. 408 с.
  14. Лукьянова Л. Д. Сигнальные механизмы гипоксии: монография. М.: РАН, 2019. 215 с.
  15. Малкин В. Б., Гиппенрейтер Е. Б. Острая и хроническая гипоксия. М.: Наука, 1977. 315 с.
  16. Манухина Е. Б., Каленчук В. У., Гаврилова С. А., Горячева А. В., Малышев И. Ю., Кошелев В. Б. Органоспецифичность депонирования оксида азота в стенках кровеносных сосудов при адаптации к гипоксии // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2008. Т. 94, № 2. С. 198-205.
  17. Новиков В. С., Сороко С. И., Шустов Е. Б. Дезадаптационные состояния человека при экстремальных воздействиях и их коррекция. СПб.: Политехника-принт, 2018. 548 с.
  18. Прокофьев А. Б., Либис Р. А., Тиньков А. Н., Коц Я. И. Качество жизни больных с аритмиями и его динамика под влиянием барокамерной гипоксии // Вестник аритмологии. 2005. № 39. С. 18-22.
  19. Сагидова С. А., Балыкин М. В. Влияние гипоксической нагрузки на изменения микроциркуляторного русла в различных отделах сердца крыс // Ульяновский медикобиологический журнал. 2012. № 1. С. 82-88.
  20. Салтыкова М. М. Амплитуды зубцов комплекса QRS на электрокардиограмме при нагрузочном тестировании практически здоровых лиц // Физиология человека. 2015. Т 41, № 1, С. 74-82.
  21. Серебровская Т. В., Красюк А. Н., Федорович В. Н. Изоферментный состав лактатдегидрогеназы крови человека при кратном воздействии острой гипоксией и его связь с уровнем физической работоспособности // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1987. Т. 21, № 1. С. 87-89.
  22. Трошенькина О. В., Мензоров М. В., Шутов А. М., Балыкин М. В., Пупырева Е. Д. Электрическая стабильность миокарда при острой нормобарической гипоксии у здоровых людей // Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2012. Т. 99, № 3. С. 41-45.
  23. Турбасов В. Д., Артамонова Н. П., Нечаева Э. И. Оценка биоэлектрической активности сердца в условиях антиортостатической гипокинезии с использованием общепринятых и корригированных ортогональных отведений ЭКГ // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990. Т. 24, № 1. С. 42-44.
  24. Brodmann M. M., Brugger H., Strapazzon G., Pun M., Malacrida S., Zafren K., Maggiorini M., Hackett P., Bärtsch P., Swenson E. Strengthening high altitude research (star): developing a guideline for high altitude research // The 20th International Hypoxia Symposium (meeting to advance the science of Hypoxia every two years since 1979) 7-12 February 2017 Alberta, Canada. 2017. p. 79.
  25. Lemaоtre F., Bernier F., Petit I., Renard N., Gardette B., Joulia F. Heart rate responses during a breathholding competition in well-trained divers // International Journal of Sports Medicine. 2005. Vol. 26, N 6. P 409-413.
  26. Newsholme P., De Bittencourt P. I., O’Hagan C., Murphy C., Krause M. S. Exercise and possible molecular mechanisms of protection from vascular disease and diabetes: the central role of ROS and nitric oxide // Clin. Sci. (Lond), 2009. Vol. 118, N 5. P 341-349.
  27. Nouette-Gaulain K., Malgat M., Rocher C., Savineau J., Marthan R., Mazat J., Sztark F. Time course of differential mitochondrial energy metabolism adaptation to chronic hypoxia in right and left ventricles // Cardiovascular Research. 2005. Vol. 66, N 1. P 132-140.
  28. Pugh C. W., Ratcliffe P. J. Regulation of angiogenesis by hypoxia: role of the HIF system // Nat Med. 2003. Vol. 9, N 6. P 677-684.
  29. Roche F., Reynaud C., Pichot V., Duverney D., Costes F., Garet M., Gaspoz J. M., Barthélémy J. C. Effect of аcute hypoxia on QT rate dependence and corrected QT interval in healthy subjects // The American Journal of Cardiology. 2003. Vol. 91, N 7А. P 916-919.
  30. Semenza G. L. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine // Cell. Physiol. Biochem. 2012. Vol. 148, N 3. P 399-408.

Statistics

Views

Abstract - 80

PDF (Russian) - 22

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2020 Bocharov M.I., Shilov A.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

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

About Cookies