Актуальность. При проживании человека на Севере значительное влияние на функциональное состояние организма оказывает неблагоприятное воздействие комплекса факторов среды обитания: сочетание колебаний температуры и атмосферного давления, высокая относительная и низкая абсолютная влажность, жесткий ветровой режим, значительные изменения солнечной активности, своеобразие поведения магнитных полей, резкая фотопериодичность и выраженный УФ-дефицит [1, 4, 8].
В настоящее время получены сведения о различных аспектах влияния локальной и общей гипотермии на функциональное состояние организма человека [6, 11, 12, 13]. При этом особое внимание исследователей привлекает сердечно-сосудистая система. Ее приспособляемость к холодовым нагрузкам является одной из важнейших проблем адаптации в условиях Севера, так как она нередко становится звеном, лимитирующим интенсивность и длительность протекания приспособительных реакций целого организма [5, 7, 10].
Многочисленные исследования свидетельствуют о значительных морфофункциональных изменениях в сердечно-сосудистой системе организма человека при воздействии низких температур. Показано, что локальное охлаждение кожи кисти и стопы вызывает значимое снижение показателей преднагрузки, сократимости миокарда, постнагрузки, работы левого желудочка, ударного объема и минутного объема кровообращения и частоты сердечных сокращений, а также возрастание среднего артериального давления, периферического сопротивление сосудов и потребления кислорода миокардом [3, 6, 11].
Для изучения функционального состояния системы кровообращения может использоваться широкий спектр разнообразных методов: инвазивные (ангиокардиография, зондирование и пункция полостей сердца, и др.) и неинвазивные (импедансная реография, эхокардиография, электрокардиография, пульсоксиметрия, сфигмоманометрия и др.). При этом могут использоваться как непосредственно измеряемые, так и расчётные – интегральные показатели.
Цель исследования. Выявить особенности реакций интегральных показателей сердечно-сосудистой системы на локальное охлаждение кисти и стопы при различных температурах у лиц молодого трудоспособного возраста.
Материалы и методы. В соответствии с поставленной целью проведена оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы у 57 практически здоровых студентов: из них 27 юношей и 30 девушек (средний возраст 18 (17-20) лет) при проведении функциональных проб в виде локального охлаждения путем водной иммерсии кисти и стопы. Отбор производился по официальным критериям ВОЗ, согласно которым здоровыми считаются лица, не имеющие хронических заболеваний, отсутствие жалоб при начале обследования и с соблюдением этических норм, изложенных в Хельсинской декларации и Директивах Европейского сообщества (8/609ЕС). Исследования проводились в первой половине дня, в помещении с температурой воздуха 20-22°С, после 15 минутного отдыха с использованием аппаратно-программного комплекса «Система интегрального мониторинга «СИМОНА 111»», включающего следующие блоки: реокардиограф, электрокардиограф, фотоплетизмограф, пульсоксиметр, тонометр для неинвазивного измерения артериального давления. В качестве модельной нагрузки использовалась холодовая проба с последовательной локальной гипотермией кисти и стопы в водной среде с экспозицией в течение 1 минуты следующей температурной градации (24°, 15° и 8°С), предложенной Holmer [12]. После каждой из проб период восстановления, определенный по методике Г.А. Орлова, составлял 25 минут [9].
Для оптимизации мониторинга и оценки работы сердечно-сосудистой системы и текущего функционального состояния организма разработчиками аппаратно-программного комплекса «Система интегрального мониторинга «Симона 111»» был предложен ряд интегральных показателей гемодинамики (табл. 1).
Таблица 1. Интегральные показатели гемодинамики
Интегральные показатели характеризуют общий уровень функционирования сердечно-сосудистой системы. Интегральный баланс (ИБ,%), отражает сумму процентных отклонений от нормы показателей волемического статуса, сократимости миокарда, объема перфузионного кровотока, периферического сопротивления сосудов, частоты сердечных сокращений, уровня содержания кислорода в артериальной крови и доставки кислорода к органам и тканям. Чем больше отклонение ИБ в отрицательную сторону, тем меньше уровень функционирования сердечно-сосудистой системы и всего организма в целом. Чем больше отклонение в положительную сторону, тем выше уровень функционирования организма. Кардиальный резерв (КР, у.е.) характеризует соотношение продолжительности фаз сердечного цикла (время диастолы, время электрической и механической систолы). Адаптационный резерв (АР, у.е.) отражает суммарный баланс интегрального и кардиального резервов [2].
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, то 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 при попарном сравнении принимался равным 0,008.
Результаты и обсуждение. На начальном этапе исследования у девушек и юношей была проведена оценка исходного функционального состояния и адаптивных возможностей сердечно-сосудистой системы, фоновые величины ИБ, КР и АР относились к диапазону возрастной нормы, что свидетельствовало о достаточности функциональных и компенсаторных возможностей организма обследуемых.
Локальное охлаждение кисти вызвало у юношей и девушек изменение интегральных показателей гемодинамики (табл. 2).
Таблица 2. Изменение интегральных показателей гемодинамики у юношей (n=27) и девушек (n=30) в ответ на локальное охлаждение кожи кисти, Мd (Q1-Q3)
Примечание: здесь и далее 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.
Так, в ответ на локальное охлаждение кожи кисти у юношей при температурах 24°С, 15°С, 8°С величина ИБ значимо не изменялась. Одновременно с этим, показатель КР при локальном охлаждении кисти при температуре 24°С имел тенденцию к снижению на 6,7%, а при 8°С – к повышению на 1,1%, и статистически значимо возрастал при температуре 15°С (р=0,002) на 3,2%. В свою очередь АР имел тенденцию к возрастанию при 24°С на 6,2% и значимо увеличивался при 15°С (р<0,001) и 8°С (р=0,003) на 21,2% и 20,5% соответственно.
У девушек локальное охлаждение кисти при температурах 24°С, 15°С, 8°С выявило следующие изменения интегральных показателей. Локальное охлаждение кисти в водной среде с температурой 24°С вызвало снижение ИБ на 2,6% и статистически значимое возрастание КР на 8,1% (р=0,003), а также увеличение АР на 15,4%. При температуре воды 150С продолжала снижаться по сравнению с фоном величина ИБ на 11,3%, значимо увеличиваться КР (р<0,001) на 15,2%, а АР имел тенденцию к повышению на 15,1%. Локальное охлаждение кисти с температурой 8°С привело к снижению ИБ на 1,9%, значимому увеличению КР (р<0,001) на 15,8% и тенденции к увеличению АР на 14,0%.
При анализе интегральных показателей, полученных в ходе исследования при локальном охлаждении стопы в группе юношей и девушек, были выявлены следующие изменения интегральных показателей гемодинамики (табл. 3).
Таблица 3. Изменение интегральных показателей гемодинамики у юношей (n=27) и девушек (n=30) в ответ на локальное охлаждение кожи стопы, Мd (Q1-Q3)
Ответная реакция на водную иммерсию стопы при температурах 24°С, 15°С, 8°С у юношей характеризовалась разнонаправленными изменениям величин ИБ, КР и АР, но это не привело к статистически значимым изменениям вышеуказанных показателей. Однако обнаружена тенденция к снижению ИБ при охлаждении стопы при температуре 24°С на 3,3% и увеличению его при температурах 15°С, 8°С на 3,0% и 1,9% соответственно. Показатель КР снижался при температуре 24°С и 8°С на 3,0% и 1,5% соответственно и повышался при температуре 15°С на 1,3%. Показатель АР имел тенденцию к увеличению при всех функциональных пробах с локальным охлаждением стопы при температурах 24°С, 15°С и 8°С на 5,1%, 15,3% и 10,4% соответственно. Наибольший прирост значений КР и АР наблюдался при охлаждении стопы у юношей при 15°С.
Воздействие водной среды с температурами 24°С, 15°С, 8°С на кожу стопы у девушек выявило следующие изменения интегральных показателей гемодинамики. Так при охлаждении стопы при температуре 24°С значимые изменения этих показателей не выявлялись. Однако отмечалась тенденция к снижению ИБ на 6,1% и возрастанию КР и АР на 13,3% и на 21,0% соответственно. Охлаждение стопы температурой 15°С вызвало снижение ИБ на 17,0%, возрастание КР и АР на 10,9% и на 14,4% соответственно. Локальное охлаждение стопы водной средой с температурой 8°С привело к статистически значимому снижению лишь показателя ИБ (р=0,005) на 14,6% и тенденции к повышению КР на 3,2%, АР на 6,2%.
Использование интегральных показателей для оценки функционального состояния организма призвано упростить комплексную оценку сложных адаптивно-приспособительных реакций при различных видах внешнего воздействия. При этом мы можем предполагать развитие однонаправленных тенденций, отличающихся лишь величиной реагирования системы кровообращения в зависимости от силы воздействия внешнего фактора. Согласно полученным результатам, мы можем констатировать разнонаправленные изменения ИБ, АР, КР при локальном охлаждении кисти и стопы у лиц молодого трудоспособного возраста в водной среде с температурой 24°, 15° и 8°С.
Таким образом, у юношей при воздействии низких температур (15°С и 8°С) на кожу кисти наиболее значимо увеличиваются кардиальный и адаптационный резервы с тенденцией к увеличению интегрального баланса сердечно-сосудистой системы, что свидетельствует о возрастании централизации кровообращения (возрастании преднагрузки, повышении сократимости миокарда и постнагрузки) и мобилизации компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы. У девушек при локальном охлаждении кисти значимо возрастает кардиальный резерв и наблюдается тенденция к увеличению адаптационного резерва во всех функциональных пробах, что, вероятно, свидетельствует о повышенной активности механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы и запуске адаптационного механизма как при температуре 24°С, так и при температурах 15°С, 8°С.
Характеристика интегральных показателей при воздействии низких температур на кожу стопы у юношей и девушек свидетельствует о том, что температура 15°С является пороговой для активации компенсаторно-приспособительных механизмов. Однако отмечается тенденция к снижению интегрального баланса у девушек при локальном охлаждении стопы, что возможно, предполагает снижение непосредственно измеряемых гемодинамических показателей (сократимости миокарда, ударного и сердечного объемов, среднего артериального давления, объема перфузионного кровотока, периферического сопротивления сосудов и т.д.).