PHYSIOLOGICAL REACTIONS OF CARDIOCIRCULATORY SYSTEM TO LOCAL COOLING OF EXTREMITIES IN YOUNG MALE AND FEMALE, NATIVES OF EUROPEAN NORTH

Full Text

Local cooling, hand, foot, young male, young female, central hemodynamics Библиографическая ссылка: Гудков А. Б., Уварова И. П., Попова О. Н., Лукманова Н. Б., Пащенко В. П. Физиологические реакции системы кровообращения на локальное охлаждение кожи конечностей у юношей и девушек - уроженцев Европейского Севера // Экология человека. 2017. № 2. С. 22-26. Gudkov А. B., Uvarova I. P., Popova О. N., Lukmanova N. B., Pashchenko V. P. Physiological Reactions of Cardiocirculatory System to Local Cooling of Extremities in Young Male and Female, Natives of European North. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2017, 2, pp. 22-26. Известно, что одним из основных неблагоприятных климатических факторов северных территорий является холод [1, 7, 14], т. е. совокупность метеорологических условий (температура, влажность, скорость движения воздуха), воздействие которых на организм человека связано с риском возникновения нарушений теплового состояния организма. Воздействие холода вызывает изменения во многих функциональных системах организма человека, приводит к уменьшению функциональных резервов и в конечном итоге к снижению работоспособности [2, 9, 13]. Факторы охлаждения в северных регионах России проявляются довольно часто, они ощущаются в слабости солнечного тепла, в температурном и ветровом режимах [1]. 22 Экология человека 2017.02 Экологическая физиология Известно, что низкая температура воздуха является одним из основных лимитирующих факторов, ограничивающих производственную деятельность человека на Севере [5, 6, 12]. В реальных природно-климатических и производственных условиях Севера холодовому воздействию могут подвергаться не только лицо и верхние дыхательные пути, но также кисти и стопы. В настоящее время имеется значительное количество обстоятельных работ о влиянии локального охлаждения рук и ног на дыхательную систему человека [3, 5, 8]. Так, показано, что локальное охлаждение кожи кисти и стопы в термонейтральных условиях сопровождается изменениями статических, динамических легочных объемов и показателей форсированного выдоха: возрастает величина дыхательного объема, минутного объема дыхания, изменяется структура жизненной емкости легких, снижаются скоростные показатели форсированного выдоха, происходит также усиление легочного газообмена. Однако сведения о реакции сердечно-сосудистой системы при локальном холодовом воздействии на кожу кистей и особенно стоп единичны [4, 10], что и побудило провести настоящее исследование. Цель исследования - выявить особенности изменений показателей гемодинамики у девушек и юношей в ответ на локальное охлаждение кожи кисти и стопы. Методы В обследовании приняли участие практически здоровые девушки (n = 35) в возрасте от 16 до 20 лет и юноши (n = 35) в возрасте от 17 до 21 года, родившиеся и постоянно проживающие в условиях Европейского Севера. Исследование проводилось при помощи реогра-фического комплекса «Рео-Спектр-3». Показатели гемодинамики регистрировались с использованием метода реокардиографии по Кубичеку с наложением двух тетраполярных электродов рулеточного типа на основание шеи и грудную клетку на 2 см ниже мечевидного отростка грудины и трех электрокардиографических электродов для обеспечения записи ЭКГ во втором стандартном отведении. Обследование осуществлялось в первой половине дня в помещении с комфортными микроклиматическими условиями, спустя 1,5-2 часа после приема пищи, в условиях относительного физиологического покоя в положении лежа на спине после 15-минутного отдыха. После регистрации показателей в покое проводилось локальное охлаждение кисти и стопы. Рука погружалась до дистальной части предплечья в сосуд с водой с температурой 6 °С на 1 минуту [11], после чего проводилась запись показателей. Через 25 минут у испытуемых осуществлялось локальное охлаждение стопы по той же методике. Артериальное давление измерялось по методу Н. С. Короткова. Анализировались следующие функциональные показатели: частота сердечных сокращений (ЧСС, уд./ мин); ударный объем крови (УОК, мл); минутный объем кровообращения (МОК, л/мин); ударный индекс (УИ, у. е.); сердечный индекс (СИ, у. е.); систолическое артериальное давление (САД, мм рт. ст.); диастолическое артериальное давление (ДАД, мм рт. ст.); среднее гемодинамическое давление (СГД, мм рт. ст.); конечное диастолическое давление левого желудочка (КДДЛЖ, мм рт. ст.); общее периферическое сосудистое сопротивление (ОПСС, дин/с-1/см-5); удельное периферическое сосудистое сопротивление (УПСС, у. е.); рабочее периферическое сосудистое сопротивление (РПСС, у. е.); объемная скорость выброса крови (ОСВ, мл/с); линейная скорость движения крови по сосудам (ЛСДК, см/с); мощность левого желудочка (МЛЖ, Вт) и расход энергии (РЭ, Дж). Анализ полученных результатов проводился с помощью статистического пакета SPSS 21. Проверка на нормальность распределения осуществлялась при помощи теста Шапиро - Уилка (для выборок до 50 наблюдений). В случае нормального распределения переменных применялись параметрические методы (Т-Стьюдента) для зависимых выборок, при ненормальном - непараметрические (Т-Вилкоксона). Результаты обработки данных ненормального распределения выборки представлялись в виде медианы (Md), первого (Qj) и третьего (Q3) квартилей, нормального - среднего значения (М) и стандартного отклонения (s). Критический уровень значимости (р) принимался равным 0,05 или меньшим, чем 0,05. Обследование контингента проводилось с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609 EC). Результаты Полученные показатели состояния гемодинамики у девушек после локального охлаждения кисти свидетельствуют о статистически значимом возрастании величин УОК на 5,1 % (р = 0,044), УИ на 7,3 % (р = 0,042) и СИ на 7,9 % (р = 0,021) (табл. 1). После холодового воздействия на кисть у девушек снизились величины ОППС на 8,3 % (р = 0,033) и УПСС на 9,7 % (р = 0,001). Остальные изучаемые показатели статистически значимо не изменились. После охлаждения стопы у девушек снизилась величина ЧСС на 5,84 % (р = 0,001), а величины УОК и УИ возросли на 10,9 % (р = 0,001) и 9,1 % (р = 0,022) соответственно. Величина САД возросла на 4,13 % (р = 0,008), отреагировал увеличением на 3,51 % (р = 0,024) и показатель СГД. Кроме того, при локальном холодовом воздействии на стопу у девушек увеличились показатели скорости движения крови по сосудам: ОСВ на 5,7 % (р = 0,007) и ЛСДК на 5,4 % (р = 0,034), а также величины МЛЖ на 10,6 % (р = 0,001) и РЭ на 3,4% (р = 0,024). Анализ изменений гемодинамики у юношей после локального холодового воздействия на перифериче 23 Экологическая физиология Экология человека 2017.02 Таблица 1 Изменения показателей гемодинамики у девушек (n = 35) в ответ на локальное охлаждение кожи кисти и стопы Показатель Этап исследования Р1-2 Р1-3 Р2-3 1 2 3 ЧСС2, уд./мин 64,79 (61,05-70,51) 67,6 (63,09-72,00) 63,63 (60,61-66,12) 0,226 0,001 0,001 УОК2, мл 51,03 (46,47-53,00) 53,64 (48,75-57,00) 55,84 (52,89-60,49) 0,044 0,01 0,154 ДОО1, мл 1441,06±82,10 1423,53±92,13 1461,65±81,99 0,363 0,132 0,070 МОК2, л/мин 3,24 (2,91-3,71) 3,63 (3,12-3,79) 3,4 (3,05-3,65) 0,101 0,330 0,214 е. у. И2 У 31,52 (27,49-35,96) 32,95 (31,41-37,65) 33,02 (30,85-38,8) 0,042 0,022 0,700 е. у. И1 С 2,02±0,32 2,18±0,31 2,07±0,33 0,021 0,481 0,133 САД1, мм рт. ст. 118,23±6,52 118,94±8,58 123,11±8,43 0,654 0,008 0,041 ДАД2, мм рт. ст. 70 (70,00-80,00) 70 (68,00-80,00) 80 (69,00-80,00) 0,372 0,080 0,089 СГД2, мм рт. ст. 86,67 (83,33-93,33) 84,33 (83,33-93,33) 93,33 (91,00-95,33) 0,470 0,024 0,022 КДДЛЖ2, мм рт. ст. 13,06 (11,57-14,04) 12,21 (10,94-13,9) 12,89 (11,21-14,13) 0,132 0,272 0,390 ОПСС1, дип/с/см-5 2240,59±394,3 2054,67±305,39 2209,66±353,24 0,033 0,684 0,080 УПСС2, у. е. 45,15 (39,36-52) 38,86 (36,81-42,65) 45,57 (38,68-50,00) 0,010 0,990 0,030 РПСС2, у. е. 37,79 (35,4-44,92) 36,87 (32,86-41,97) 38,45 (34,18-43,55) 0,181 0,431 0,31 ОСВ2, мл/с 154,71 (135-164) 164,14 (144-169,41) 168,52 (150,05-178,68) 0,383 0,007 0,420 ЛСДК2, см/с 42,89 (39,07-48,88) 46,11 (41,59-48,81) 47,11 (39,83-52) 0,332 0,034 0,534 МЛЖ1, Вт 1,79±0,23 1,80±0,31 1,98±0,20 0,910 0,001 0,005 ж СТ) Р 11,53 (11,08-12,41) 11,08 (11,08-12,41) 12,41 (12,10-12,68) 0,320 0,024 0,020 Примечания для табл. 1 и 2: сравнение зависимых выборок осуществлялось: 1 - параметрическим критерием Т-Стьюдент! (М ± s); 2 - непараметрическим критерием Т-Вилкоксона, Md (Q1-Q3); 1 - исходное состояние (до охлаждения), 2 - после охлаждение кисти, 3 - после охлаждение стопы; жирным шрифтом обозначено статистически значимое различие. Таблица 2 Изменения показателей гемодинамики у юношей (n = 35) в ответ на локальное охлаждение кожи кисти и стопы Показатель Этап исследования Р1-2 Р1-3 Р2-3 1 2 3 ЧСС2, уд./мин 64 (61-68) 62,55 (57,01-66) 60 (54-66) 0,17 0,001 0,03 УОК2, мл 61,53±10,48 66,29±13,01 60,97±10,77 0,02 0,77 0,02 ДОО1, мл 1857,04 (1704,76-1951,79) 1857,04(1689,77-1951,79) 1861 (1734,31-1975,52) 0,23 0,56 0,29 МОК2, л/мин 3,85 (3,36-4,27) 4,04 (3,48-4,87) 3,48 (3,24-3,73) 0,03 0,007 0,001 е. у. И2 У 32,94±6,32 35,7±7,95 32,61±6,43 0,01 0,74 0,02 СИ1, у. е. 2,05±0,43 2,19±0,55 1,89±0,36 0,04 0,008 0,001 САД1, мм рт. ст. 119,09±7,23 121,49±6,77 122,26±7,46 0,02 0,02 0,47 ДАД2, мм рт. ст. 80 (70-80) 80 (74-82) 80 (74-81) 0,08 0,62 0,83 СГД2, мм рт. ст. 93,33 (83,33-93,33) 93,33 (87,67-96) 93,33 (89-95,33) 0,07 0,23 0,86 КДДЛЖ2, мм рт. ст. 11,95±0,94 11,75±0,97 11,91±1,06 0,23 0,83 0,33 ОПСС1, дип/с/см-5 1969,74±385,73 1895,32±396,52 2138,88±396,72 0,16 0,02 0,001 УПСС2, у. е. 47,27±10,19 44,6±11,08 50,6±11,9 0,06 0,06 0,01 РПСС2, у. е. 41,13±8,95 38,75±9 43,21±8,69 0,02 0,08 0,001 ОСВ2, мл/с 176,02 (151-215,1) 180,55 (163-205,53) 172,59 (154,04-183,7) 0,04 0,43 0,006 ЛСДК2, см/с 45,88 (36,89-53) 46,23 (40,8-53) 42,23 (38,46-47,3) 0,07 0,38 0,005 МЛЖ1, Вт 2,18 (1,8-2,46) 2,17 (2,01-2,62) 2,11 (1,91-2,28) 0,05 0,05 0,005 ж Э2 Р 12,01±0,75 12,28±0,7 12,2±0,86 0,01 0,28 0,6 ские терморецепторы кожи кисти выявил, что величина УОК возросла на 7,7 % (р = 0,02), повысились величины МОК на 5,8 % (р = 0,007), СИ на 6,8 % (р = 0,04) и УИ на 8,4 % (р = 0,001) (табл. 2). Величина САД у юношей возросла после охлаж дения кисти на 2 % (р = 0,02) по отношению к исходному показателю, а РПСС снизилась на 5,8 % (р = 0,02). Показатель ОСВ у юношей увеличился на 5,4 % (р = 0,04) после локального охлаждения кисти, 24 Экология человека 2017.02 Экологическая физиология величина МЛЖ снизилась в сравнении с исходным уровнем на 2,3 % (р = 0,05), РЭ возрос на 2,2 % (р = 0,01). После холодового воздействия на стопу снизились: ЧСС на 6,3 % (р = 0,02), МОК на 7,6 % (р = 0,007) и СИ на 7,8 % (р = 0,008). Величины САД и ОППС возросли на 2,7 % (р = 0,02) и на 8,6 % (р = 0,02) соответственно по сравнению с исходной величиной после охлаждения стопы, а величина МЛЖ снизилась на 7,3 % (р = 0,05). Обсуждение результатов При внешнем холодовом воздействии на организм, в том числе и локальном, исходным пунктом афферентной информации являются прежде всего периферические кожные холодовые терморецепторы в виде окончания центростремительных нейронов. Поток сенсорной информации от терморецепторов зависит от количества функционирующих в данный момент времени рецепторов, о числе которых можно судить по количеству холодовых точек, при этом известно, что каждая холодовая точка диаметром 1 мм иннервируется по крайней мере одним терморецептором [18]. Известно, что основными сенсорами являются термочувствительные TRP-каналы [17, 19], среди которых идентифицировано два холодочувствительных ионных канала - ТНРА 1 и TRP 8 [20]. Возбуждение холодовых терморецепторов вызывает активацию центров терморегуляции, что, в свою очередь, усиливает эрготропную активность симпатической нервной системы [15]. Наиболее заметным внешним проявлением усиления эрготропной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в результате локального холодового воздействия на кожу рук и ног является возрастание величины УОК и УИ как у девушек, так и у юношей. Величина ЧСС снизилась и у девушек, и у юношей, однако лишь после охлаждения стопы. Показатель МОК у девушек не изменился, а у юношей снизился - после охлаждения стопы. Подобную динамику имеет и величина СИ. Повышение силы сердечных сокращений приводит также к возрастанию САД и СГД при охлаждение стоп у девушек и возрастанию САД у юношей в ответ на охлаждение кистей и стоп. Увеличение показателей скорости движения крови по сосудам (ОСВ и ЛСДК) под воздействием холодового стресса на периферические терморецепторы кожи кисти и стопы также обусловлено увеличением силы сердечных сокращений. Возрастание эрготропной активности симпатической нервной системы, приводящее к повышению силы сердечных сокращений, обусловливается сократительной активностью кардиомиоцитов, требующей поступления и расходования в них большего количества макроэргических соединений. Можно предположить, что снижение величин ОППС, УППС и РПСС у обследованных девушек и юношей при охлаждении кисти связано с тем, что при холодовом воздействии может происходить парез гладких мышц сосудов, потеря чувствительности данных мышц к норадреналину при сохранении способности к сокращению и локальному увеличению активности кинин-каллекреиновой системы [16], что приводит к вазодилатации. Такой ответ организма на охлаждение кисти может служить защитным механизмом, направленным на предотвращение холодовой травмы рук, хотя и не является оптимальным для организма с точки зрения сохранения тепла в целом. При охлаждении стоп величины ОППС, УППС и РПСС возрастают, что является классическим примером результата возбуждения симпатической нервной системы и выброса катехоламинов, приводящего к снижению периферического кровотока и, как следствие, к уменьшению теплоотдачи с поверхности кожи. Таким образом, локальное холодовое воздействие на кожу конечностей вызывает существенные изменения гемодинамики. В целом следует подчеркнуть, что локальное охлаждение стопы приводит к более выраженным изменениям гемодинамики, чем охлаждение кисти, и у девушек эти изменения выражены в большей степени. Список литературы

About the authors

A B Gudkov

Northern State Medical University; Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov; Federal Center for Integrated Arctic Research, Russian Academy of Sciences

Email: gudkovab@nsmu.ru

I P Uvarova

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

O N Popova

Northern State Medical University

N B Lukmanova

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

V P Pashchenko

Northern State Medical University

References

Supplementary files