Здоровье - основа благополучия в жизни, с этим никто спорить не будет. Но насколько здоровым может назвать себя человек, если его регулярно одолевает головная боль? Или преследует постоянная усталость? Самочувствие может беспокоить, даже если медицинские анализы в норме. В чём же секрет?
Здоровье можно измерить
Здоровье - способность организма приспосабливаться к изменяющимся условиям. Организм считается крепким, если адаптируется к различным воздействиям окружающей среды, а состояние человека при этом не меняется.
Немного анатомии, чтобы понимать, как это работает.
Наша вегетативная нервная система контролирует реакции на внешние обстоятельства. Она побуждает сердце биться, и сокращает гладкую мускулатуру внутренних органов. Благодаря этому мы не задумываемся, как дышать или переваривать пищу.
Вегетативная нервная система состоит из симпатического и парасимпатического отделов. Первый отдел - это словно педаль акселератора. Второй - педаль тормоза. У здорового человека работа обоих отделов сбалансирована.
Но если он заболевает, симпатический отдел начинает преобладать. Возникает дисбаланс. Из-за этого ухудшается кровообращение, нарушается работа всех органов. Заболевший быстрее устаёт.
Вегетативная нервная система - сложный биокомпьютер, который постоянно считывает данные о состоянии организма.
Получить эти сведения можно, если обратить внимание на работу нашего сердца. Точнее, на интервалы между RR-зубцами, которые оцениваются показателем вариабельности сердечного ритма.
Что такое вариабельность сердечного ритма?
Анализ вариабельности сердечного ритма - это определение длительности сердечных сокращений в миллисекундах. Он демонстрирует, как работает наш организм: на износ, не успевая восстанавливать запас энергии, или же адаптирован к ежедневной нагрузке.
Например, высокая вариабельность - показатель здорового сердца. Пониженная вариабельность означает перенапряжение сердца и нервной системы.
Показатель меняется от нашей активности и нагрузки. На него влияют разные факторы: дыхание, самочувствие, гормоны. Важно и то, как мы расходуем энергию - будь то физическая, умственная активность или просто выражение эмоций.
Даже положение тела в пространстве меняет показатель вариабельности. Это результат приспособления организма к внешней и внутренней среде.
История метода
Уже 50 лет анализ вариабельности сердечного ритма изучается наукой кардиоинтервалографией. Истоки идут из космической медицины, где метод использовался для контроля за состоянием космонавтов.
В 60-е годы кардиоинтервалография была разработана доктором медицинских наук Р.М. Баевским .
На фото: Баевский Роман Маркович Доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, академик Международной академии астронавтики, академик Международной Академии Информатизации, главный научный сотрудник Института медико-биологических проблем Российской академии наук.Профессор Баевский - один из основоположников авиакосмической кардиологии.
Он принимал непосредственное участие в подготовке первых космических полётов животных и человека. Лично выполнял разработку системы медицинского контроля во время подготовки полёта Ю. А. Гагарина, участвовал в создании бортовой аппаратуры космического корабля «Восток».
Также Роман Маркович работал в NASA , где исследовал влияние длительного пребывания в космосе на дыхательную и сердечную деятельность.
Главным инструментом анализа был показатель вариабельности сердечного ритма (ВСР). Результаты помогли понять, как сердечно- сосудистая система человека переносит состояние невесомости.
ВСР позволил выяснить, как организм реагирует при возвращении на Землю, насколько снижается функциональное состояние, и какие потенциальные нарушения работы сердца можно ожидать.
Узнав о проекте Welltory, профессор Баевский, поделился рассказом о своей разработке первого аналога датчика измерения. Это была переносная ЭВМ и аппарат для снятия данных вариабельности сердечного ритма. Габариты позволяли брать его с собой и обследовать человека на месте.
На фото: Юрий Гагарин измеряет вариабельность сердечного ритма
Донозологическая диагностика профессора Р.М. Баевского
Роман Маркович разработал новый подход к оценке уровня здоровья, используя кардиоинтервалографию – метод «донозологической диагностики». Сейчас этот вид диагностики входит в разрабатываемую Минздравом России концепцию здоровья.
Система изучает промежуточное состояние между болезнью и здоровым состоянием. Это те признаки, по которым можно вовремя заметить и предотвратить развитие заболеваний.
В таком состоянии организм работает ещё без сбоя. Но при этом повышен расход энергии и увеличено напряжение регуляторных систем. Это опасно - незаметно расходуются резервные запасы жизненных сил, постепенно снижается иммунитет.
«Донозологическая» фаза обычно выпадает из поля зрения врачей при проведении профилактических осмотров.
Она хорошо корректируется здоровым образом жизни. Но если человек упускает промежуточные признаки и заболевает, резко снижаются функциональные возможности. Нарушаются механизмы адаптации к внешней среде - впоследствии их сложно восстановить.
Подтверждения метода со стороны мирового сообщества
Исследования вариабельности сердечного ритма проводились и на Западе, в финской научно-исследовательской лаборатории для олимпийских видов спорта. Сейчас они используются финской системой Firstbeat .
Компания разработала программу для измерения уровня стресса, анализа эффективности тренировки и периода восстановления после неё.
Метод помогает профессиональным тренерам увидеть, как сильно выкладывается спортсмен. Позволяет обнаружить, есть ли риск перетренироваться при подготовке к Олимпийским играм.
Понадобилось более 20 лет, чтобы изучить сердечный ритм, и трансформировать его язык в понятную и полезную информацию.
Сейчас это делается с помощью математического моделирования сложных физиологических сигналов.
Анализ вариабельности сердечного ритма - популярный метод в разных областях клинической медицины. Результаты исследований включают в себя тысячи лабораторных оценок. Параметр изучен на практике, и справедливо признан объективным.
Польза метода для Welltory
Диагностика развивается. Исследуется хорошее самочувствие и продуктивность людей, не связанных с профессиональным спортом или космонавтикой.Рабочая группа Европейского общества кардиологии и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии разработала стандарты использования ВСР в процессе функциональных исследований. Результаты опубликованы в European Heart Journal (Vol.17, March 1996: 354-381) и Circulation (Vol. 93, March 1996: 1043-1065).
Теперь каждый человек может узнать свой энергетический ресурс. Более того, для этого необязательно идти в поликлинику.
Мы живём во время развития телемедицины.
Можно определить уровень вариабельности сердечного ритма с помощью кардиомониторов, не отрываясь от повседневных дел - и это доступно каждому.
Кардиомониторинг применяется в фитнесе и обычной жизни. Компактные и недорогие устройства собирают данные работы сердца и состояния вегетативной нервной системы.
Но всё ещё актуальна проблема, как проанализировать собранную информацию. Обычный человек без медицинского образования не сможет прочитать по ВСР, что говорит организм.
Решение этой задачи есть.
Welltory - персональный аналитик здоровья в виде мобильного приложения. Это союз искусственного интеллекта и человеческого разума. Вы получаете не только математически точные результаты, но и эмоциональную поддержку и рекомендации от наших экспертов и аналитиков.
С помощью замеров мы узнаём:
- частоту сердечных сокращений
- данные вариабельности сердечного ритма
- уровень стресса человека
- запас жизненных сил и энергии
Благодаря регулярному мониторингу сердца, вы всегда будете знать - в каком состоянии организм.
Это позволит предотвратить болезни до их развития, увеличить продуктивность и снизить стресс. А значит, улучшить качество своей жизни в целом.
Вариабельность сердечного ритма (ВСР) (используется также аббревиатура – вариабельность ритма сердца – ВРС) является быстро развивающимся разделом кардиологии, в котором наиболее полно реализуются возможности вычислительных методов. Это направление во многом инициировано пионерскими работами известного отечественного исследователя Р.М. Баевского в области космической медицины, который впервые ввел в практику ряд комплексных показателей, характеризующих функционирование различных регуляторных систем организма. В настоящее время стандартизация в области Вариабельности сердечного ритма осуществляется рабочей группой Европейского кардиологического общества и Северо-американского общества стимуляции и электрофизиологии.
Вариабельность – это изменчивость различных параметров, в том числе и ритма сердца, в ответ на воздействие каких-либо факторов, внешних или внутренних.
Вариабельность сердечного ритма и построение кардиоинтервалограммы
Сердце в идеале способно реагировать на малейшие изменения в потребностях многочисленных органов и систем. Вариационный анализ ритма сердца дает возможность количественной и дифференцированной оценки степени напряженности или тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС. Оценивается их взаимодействие в различных функциональных состояниях, а также деятельности подсистем, управляющих работой различных органов. Поэтому программа-максимум этого направления состоит в разработки вычислительно-аналитических методов комплексной диагностики организма по динамике сердечного ритма.
Методы ВСР не предназначены для диагностики клинических патологий. Там хорошо работают традиционные средства визуального и измерительного анализа. Преимущество данного метода состоит в возможности обнаружить тончайшие отклонения в сердечной деятельности. Поэтому его применение особенно эффективно для оценки общих функциональных возможностей организма. А также ранних отклонений, которые в отсутствие необходимой профилактики постепенно развиваются в серьезные заболевания. Методика ВСР широко используется и во многих самостоятельных практических приложениях. В частности, в холтеровском мониторинге и при оценке тренированности спортсменов. А также в других профессиях, связанных с повышенными физическими и психологическими нагрузками.
Исходными материалом для анализа вариабельности сердечного ритма являются непродолжительные одноканальные записи ЭКГ (по стандарту Северо-американского общества стимуляции и электрофизиологии различают кратковременные записи – 5 минут, и длительные – 24 часа), выполняемые в спокойном, расслабленном состоянии или при функциональных пробах. На первом этапе по такой записи вычисляются последовательные кардиоинтервалы (КИ), в качестве реперных (граничных) точек которых используются R-зубцы, как наиболее выраженные и стабильные . Метод основан на распознавании и измерении временных интервалов между R–зубцами ЭКГ (R-R-интервалы) (Рис. 1)
, построении динамических рядов кардиоинтервалов – кардиоинтервалограммы и последующего анализа полученных числовых рядов различными математическими методами.
Рис. 1. Принцип построения кардиоинтервалограммы (ритмограмма отмечена плавной линией на нижнем графике), где t - величина RR-интервала в миллисекундах, а n- номер (число) RR-интервала.
Методы анализа
Методы анализа ВСР обычно группируются в следующие четыре основные раздела:
- кардиоинтервалография ;
- вариационная пульсометрия;
- спектральный анализ;
- корреляционая ритмография.
Принцип метода: анализ ВСР является комплексным методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека, в частности, общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы.
Два контура регуляции
Можно выделить два контура регуляции сердечного ритма: центральный и автономный с прямой и обратной связью.
Рабочими структурами автономного контура регуляции являются: синусовый узел, блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу. Автономный контур — это по существу контур парасимпатической регуляции вегетативной нервной системы в состоянии покоя. Различные нагрузки на организм требуют включения в процесс управления сердечным ритмом центрального контура регуляции. При этом происходит смещение вегетативного гомеостаза в сторону преобладания симпатической нервной регуляции.
Центральный контур регуляции сердечного ритма – это сложная многоуровневая система нейрогуморальной регуляции физиологических функций:
1-й уровень обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой. К нему относится центральная нервная система, включая корковые механизмы регуляции. Она координирует деятельность всех систем организма в соответствии с воздействием факторов внешней среды.
2-й уровень осуществляет взаимодействие различных систем организма между собой. Основную роль играют высшие вегетативные центры (гипоталамо-гипофизарная система), обеспечивающие гормонально-вегетативный гомеостаз.
3-й уровень обеспечивает внутрисистемный гомеостаз в разных системах организма, в частности в кардиореспираторной системе. Здесь ведущую роль играют подкорковые нервные центры. В частности сосудодвигательный центр, оказывающий стимулирующее или угнетающее действие на сердце через волокна симпатических нервов.
Рис. 2. Механизмы регуляции сердечного ритма (на рисунке ПСНС — парасимпатическая нервная система).
Анализ ВСР используют для оценки вегетативной регуляции ритма сердца у практически здоровых людей с целью выявления их адаптационных возможностей и у больных с различной патологией сердечно-сосудистой системы и вегетативной нервной системы. В частности для предупреждения инфаркта миокарда.
Математический анализ вариабельности сердечного ритма
Математический анализ вариабельности сердечного ритма включает применение статистических методов, методов вариационной пульсометрии и спектральный метод.
1. Статистические методы
По исходному динамическому ряду R-R интервалов вычисляются следующие статистические характеристики:
— RRNN — математическое ожидание (М) — среднее значение продолжительности R-R интервала, обладает наименьшей изменчивостью среди всех показателей сердечного ритма, так как является одним из наиболее гомеостатируемых параметров организма; характеризует гуморальную регуляцию;
— SDNN (мс) — среднее квадратическое отклонение (СКО), является одним из основных показателей вариабельности СР; характеризует вагусную регуляцию;
— RMSSD (мс) — среднеквадратичное различие между длительностью соседних R-R интервалов, является мерой ВСР с малой продолжительностью циклов;
— рNN50 (%) — доля соседних синусовых интервалов R-R, которые различаются более чем на 50 мс. Является отражением синусовой аритмии, связанной с дыханием;
— CV — коэффициент вариации (КВ), КВ=СКО / М х 100, по физиологическому смыслу не отличается от среднего квадратического отклонения, но является показателем, нормированным по частоте пульса.
2. Метод вариационной пульсометрии
— Мо — мода — диапазон наиболее часто встречающихся значений кардиоинтервалов. Обычно в качестве моды принимают начальное значение диапазона, в котором отмечается наибольшее число R-R-интервалов. Иногда принимается середина интервала. Мода указывает на наиболее вероятный уровень функционирования системы кровообращения (точнее, синусового узла) и при достаточно стационарных процессах совпадает с математическим ожиданием. В переходных процессах значение М-Мо может быть условной мерой нестационарности. А значение Мо указывает на доминирующий в этом процессе уровень функционирования;
— АМо — амплитуда моды — число кардиоинтервалов, попавших в диапазон моды (в %). Величина амплитуды моды зависит от влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы и отражает степень централизации управления сердечным ритмом;
— DX — вариационный размах (ВР), DX=RRMAXx-RRMIN — максимальная амплитуда колебаний значений кардиоинтервалов, определяемая по разности между максимальной и минимальной продолжительностью кардиоцикла. Вариационный размах отражает суммарный эффект регуляции ритма вегетативной нервной системой в значительной мере связанный с состоянием парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Однако, в определенных условиях при значительной амплитуде медленных волн вариационной размах зависит в большей мере от состояния подкорковых нервных центров, чем от тонуса парасимпатической системы;
— ВПР — вегетативный показатель ритма. ВПР = 1 /(Мо х ВР); позволяет судить о вегетативном балансе с точки зрения оценки активности автономного контура регуляции. Чем выше эта активность, т.е. чем меньше величина ВПР, тем в большей мере вегетативный баланс смещен в сторону преобладания парасимпатического отдела;
— ИН — индекс напряжения регуляторных систем [Баевский Р.М., 1974]. ИН = АМо/(2ВР х Mo), отражает степень централизации управления сердечным ритмом. Чем меньше величина ИН, тем больше активность парасимпатического отдела и автономного контура. Чем больше величина ИН, тем выше активность симпатического отдела и степень централизации управления сердечным ритмом.
У здоровых взрослых людей средние показатели вариационной пульсометрии составляют: Мо — 0.80 ± 0.04 сек.; АМо — 43.0 ± 0.9%; ВР — 0.21 ± 0.01 сек. ИН у хорошо физически развитых лиц колеблется в пределах от 80 до 140 усл.ед.
3. Спектральный метод анализа ВСР
В анализе волновой структуры кардиоинтервалограммы и выделяют действие трех регуляторных систем: симпатического и парасимпатического отделов автономной нервной системы, и действие центральной нервной системы, которые влияют на вариабельность сердечного ритма.
Применение спектрального анализа позволяет количественно оценить различные частотные составляющие колебаний ритма сердца и наглядно графически представить соотношения разных компонентов сердечного ритма, отражающих активность определенных звеньев регуляторного механизма. Выделяют три главных спектральных компонента (см. рис. выше):
— HF (s – волны) — дыхательные волны или быстрые волны (Т=2,5-6,6 сек., v=0,15-0,4 Гц.), отражают процессы дыхания и другие виды парасимпатической активности, на спектрограмме отмечены зеленым цветом ;
— LF (m – волны) — медленные волны I порядка (MBI) или средние волны (Т=10-30сек., v=0.04-0.15 Гц) связаны с симпатической активностью (в первую очередь вазомоторного центра), на спектрограмме отмечены красным цветом ;
— VLF (l – волны) — медленные волны II порядка (MBII) или медленные волны (Т>30сек., v<0.04Гц) - разного рода медленные гуморально-метаболические влияния, на спектрограмме отмечены синим цветом .
При спектральном анализе определяют суммарную мощность всех компонентов спектра (ТР ). Также определяется абсолютная суммарная мощность для каждого из компонентов. При этом ТР определяется как сумма мощностей в диапазонах HF, LF и VLF.
Все вышеперечисленные параметры отражаются в отчете по .
Как проводить математический анализ вариабельности сердечного ритма
О том, как влияют лекарства на вариабельность сердечного ритма можно прочитать в заметке «Влияние лекарственных препаратов на вариабельность сердечного ритма».
Результаты лучше всего занести в таблицу и сопоставить с нормальными значениями. Затем проводят оценку полученных данных и делают вывод о состоянии вегетативной нервной системы, влиянии автономного и центрального контуров регуляции и адаптационных возможностях испытуемого.
Таблица «Вариабельность сердечного ритма».
Исследование проводилось в положении (лежа/сидя).
Длительность в мин.___________. Общее количество R-Rинтервалов___________. ЧСС:________
|
Параметр |
У пациента |
Параметр |
У пациента |
||||
|
Показатели временного анализа |
Показатели спектрального анализа |
||||||
| R-R min (мс) | 700 | ТР (мс 2) | 3105±1018 | ||||
| R-R max (мc) | 900 | VLF (мс 2) | 1267±200 | ||||
| RRNN (мc) | 800±56 | LF (мс 2) | 1170±416 | ||||
| SDNN (мc) | 110±35 | HF (мс 2) | 668±203 | ||||
| RMSSD (мc) | 64±6 | LF nu, % | 64±10 | ||||
| CV (%) | 5-7 | HF nu, % | 36±10 | ||||
|
Индексы Баевского |
Структура спектра |
||||||
| Ам о (%) | 30-50 | %VLF | 20-50 | ||||
| ВПР | 3-10 | %LF | 20-50 | ||||
| ИН | 30-200 | %HF | 15-45 | ||||
Значения индекса напряжения Баевского (ИН):
Пациентам, у которых выявлено состояние дисстресса , предлагается пройти тренинг на
Автор книги — Баевский Роман Маркович, доктор медицинских наук, профессор, академик Международной Академии Информатизации, Член Европейского общества неинвазивной кардиодинамики. Он является одним из основоположников космической кардиологии, нового научно-прикладного раздела космической медицины.
Издательство: Медицина
1979 год
298 страниц
Формат: djvu
Монография посвящена проблеме прогнозирования состояний, пограничных между здоровьем и болезнью. Рассматриваются элементы теории прогнозирования и вопросы ее применения в физиологии и медицине. Значительное место занимает изложение методов прогностической оценки состояний организма. Переход от нормы к патологии рассматривается как протекающий стадийно процесс адаптации организма к условиям среды, в ходе которого возникновению качественно нового состояния - болезни - предшествуют изменения степени напряжения регуляторных механизмов. Представлены экспериментальные модели состояний на грани нормы и патологии, полученные при воздействии на организм различных факторов. Отдельные главы посвящены вопросам прогнозирования состояний человека в прикладной физиологии и профилактической медицине. Рассматриваются вопросы прогнозирования физической и умственной работоспособности.
Заключительная глава посвящена методике и результатам массовых прогностических обследований рабочих и служащих на промышленных предприятиях, основанным на оценке степени адаптации организма к условиям среды. Во всех разделах монографии приводятся оригинальные данные собственных исследований.
Книга предназначена для физиологов, клиницистов, специалистов по медицинской кибернетике.
Предисловие
Введение
Глава 1. Теория прогнозирования и вопросы ее применения в физиологии и медицине
Элементы теории прогнозирования
Методология прогнозирования
Методы прогнозирования в физиологии и медицине
Глава 2. Состояние здоровья как объект прогноза
Здоровье как функциональный оптимум
Состояния на грани нормы и патологии как исход адаптивного поведения организма
Глава 3. Методы прогностической оценки состояний организма
Общие принципы прогностической оценки состояний организма
Методы оценки уровня функционирования физиологических систем
Методы оценки степени напряжения регуляторных механизмов
Методы оценки функционального резерва
Некоторые методы интегральной оценки состояний на грани нормы и патологии
Глава 4. Экспериментальное моделирование состояний на грани нормы и патологии
Глава 5. Прогнозирование физических возможностей человека
Прогнозирование состояний в процессе выполнения мышечной нагрузки
Прогнозирование состояний по результатам анализа данных в восстановительном периоде после физической, нагрузки
Прогнозирование физических возможностей организма по его исходному состоянию
Глава 6. Прогнозирование умственной работоспособности
Прогнозирование состояний человека-оператора
Прогнозирование умственной работоспособности в процессе трудовой деятельности
Глава 7. Массовые прогностические обследования рабочих и служащих на промышленных предприятиях
Заключение
Литература
Т.К.Бреус, С.М. Чибисов, Р.Н.Баевский и К.В.Шебзухов
ХРОНОСТРУКТУРА РИТМОВ СЕРДЦА
И ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
МОСКВА, 2002
УДК 612.17:577,3+616.12-12-008
Рецензенты: профессор Г.Г. АвтандиловПрофессор В.И.Торшин
Т.К. Бреус,С.М.Чибисов, Р.Н.Баевский и К.В.Шебзухов
Хроноструктура ритмов сердца и факторы внешней среды:
Монография. – М. Издательство Российского университета дружбы народов; Полиграф сервис, 2002, -232 с.-, ил.
This book describes the experimental studies of various heart rhythm indices in laboratory and in conditions of space (light. The main goal is the study of heart rhythm modification under the action of various environmental factors. The results show that the circadian heart rhythm system is flexible and varies in cycles having periods such as ll-years (the cycle of solar activity), about 28-days, about 14-days and about 7-days. Significant variations of daily rhythm chronostructure depending of the season of the year have been detected. The effects of geomagnetic field perturbations on heart rhythm indices have also been studied. The results obtained from laboratory experiments with animals, and with cosmonauts in flight conditions and confirmed by laboratory" simulations reveal that geomagnetic storms produce heart rhythm desynchromzation. This corresponds to an adaptive stress reaction, similar to the circadian rhythm violation associated with transcontinental flights. The response of heart chronostructure to various external factors is similar and represents a characteristic adaptive stress reaction. The effects of social phenomena or variations of natural external synchronizers, such as the rhythms of solar radiation and geomagnetic field variations, lead to a similar response in biological systems, namely adaptive stress. Our results allow the underlying mechanisms of morphofunctional modifications of heart activity, controlled by time factor, to be determined. This book is intended for physiologists, pathophysiologists, biophysicists and cardiologists.
Работа посвящена экспериментальному изучению в наземной лаборатории и в условиях космического полета хроноструктуры ритмов различных показателей сердечно-сосудистой системы, а также их изменений под воздействием факторов внешней среды. Приводятся данные, показывающие, что циркадианная система сердца гибко и последовательно изменяется в циклах, имеющих многолетние, инфрадианные и многодневные периоды, например, таких, как одиннадцатилетний цикл солнечной активности, около 28 –дневный, около – 14-дневный, около-недельный ритмы. Выявлены достоверные отличия хроноструктуры суточного ритма, определяемые сменой сезонов года. Показано, что реакция хроноструктуры сердца на различные по характеру внешние раздражители, например, социальные факторы и изменения ритма датчиков времени, таких, как ритмы освещенности и геомагнитного поля, однотипна и представляет собой характерный адаптационный стресс. Обсуждается проблема влияния возмущений геомагнитного поля Земли на хроноструктуру показателей ритма сердца. Результаты, полученные как в лабораторных исследованиях животных, так и при исследованиях космонавтов во время полета, подтвержденные лабораторным моделированием, свидетельствуют, что геомагнитные бури вызывают десинхроноз хроноструктуры ритмов сердца, соответствующий адаптационному стрессу, аналогичному стрессу при нарушении циркадианной ритмики, возникающему при трансконтинентальных перелетах. Приведенный материал позволяет оценить механизмы, лежащие в основе морфофункциональных изменений в деятельности сердца, контролируемых временным фактором. Книга предназначена для физиологов, патофизиологов, биофизиков и кардиологов.
ISBN 5-209-01404-5
ISBN 5-86388-X
В последнее десятилетие получила бурное развитие хронобиология (хрономедицина) - наука о временных закономерностях функционирования организма – о биологических ритмах и временных трендах, их зависимости от состояния биологической системы, о физиологических механизмах, лежащих в их основе. Эта наука изучает также внешние синхронизаторы (или времядатчики) биологических ритмов, их основные свойства и взаимосвязи с организмами.
Биологические объекты, включая человеческий организм, представляют собой сложные открытые нелинейные системы, которые критически зависят от изменяющихся условий среды обитания и могут реагировать макроскопически на микроскопические флуктуации воздействующих факторов. Чтобы выжить и приспособиться к флуктуациям внешних факторов (например, температуры, климата, естественных электромагнитных полей, доступности пищи и т.д.), биологические системы должны были проявлять значительную степень случайности в своем поведении. Причем, слабые внешние сигналы, уровня шума, могли играть значительную роль в их самоорганизации.
Для понимания организации таких сложных систем во времени необходимо иметь данные длительных измерений их физиологических характеристик, что обычно довольно трудно осуществимо. Именно поэтому проблема воздействия факторов внешней среды на биологические системы получила качественно новое освещение, когда стали использоваться данные длительного мониторирования, характерного для методов хронобиологии.
В развитии современной отечественной хронобиологии (или, как ее у нас называют, биоритмологии) первенство принадлежит ученым, которые начали с лабораторных экспериментов и теории, и затем перешли к исследованиям в области космической медицины в начале шестидесятых годов.
В течение более чем 30-и лет на кафедре патологической физиологии Университета дружбы народов под руководством профессора В.А.Фролова велись работы по экспериментальному изучению биологических ритмов сердца. Регистрировались показатели сократительной силы сердца здоровых однотипных животных. Исследовались динамические временные ряды изменений этих показателей, прослеживалась картина их взаимосвязи с циклом солнечной активности, определялись параметры хроноструктуры разно периодичных ритмов и их соотношения с факторами внешней среды. В этом многолетнем исследовании принимал участие практически весь коллектив кафедры. С особой благодарностью хочется отметить неоценимый вклад в эту работу Т.А. Казанской.
С начала восьмидесятых годов в Институте Космических Исследований, совместно с медицинскими клиниками Москвы, Университетом дружбы народов, Институтами Медицинской Академии Наук соавторами этой книги проводились хрономедицинские исследования воздействия гелио-геофизических показателей, на сердечно-сосудистую систему человека. Эти работы велись под руководством академика АМН Ф.И.Комарова и профессора С.И.Рапопорта. В последнее десятилетие существенный вклад в понимание проблемы роли внешних факторов в формировании стрессов сердечно-сосудистой системы человека внесли работы, проводившиеся соавторами книги совместно с лабораторией Института Медико-биологических проблем Минздрава России, руководимой профессором Р.М. Баевским. Авторы данной книги взяли на себя смелость обобщить материалы и подвести итоги некоторых из этих исследований.Дополнительная математическая обработка ряда данных и обсуждение некоторых аспектов работы были любезно осуществлены профессором Н.Л.Асланяном (НИИ кардиологии Армении, Армения) и академиком АН Кыргызстана Э.С Матыевым.
Мы также признательны выдающимся специалистам в области хронобиологии и хрономедицины профессору Р.М.Заславской, профессору Миннесотского Университета Францу Халбергу и доктору физ.-мат. наук того же университета Ж.Корнелиссен (США) за неизменную поддержку работ, консультации и полезную критику.
Бреус Т.К.
(Институт космических исследований РАН РФ)
Чибисов С.М. (Российский университет дружбы народов)
Баевский Р.М.
(Институт медико-биологических проблем МЗ РФ)
Шебзухов К.В.
(Российский университет дружбы народов)
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время возникла настоятельная необходимость проведения детальных исследований в области хроноструктуры ритмов и морфологии сердечно-сосудистой системы, а также их изменений под воздействием факторов внешней среды. Фундаментальные экспериментальные исследования явлений десинхроноза сердечно-сосудистой системы и ее морфофункционального состояния весьма ограничены, поэтому предлагаемая книга затрагивает и исследует проблемы значительной актуальности. Специального внимания заслуживает разработка проблемы морфофункционального состояния сердца в период повышения и резких изменений геомагнитной активности в аспекте хронобиологии. Авторам удалось выявить ряд неизвестных раннее характеристик циркадианной ритмики сердечно-сосудистой системы, интересных с теоретической и практической точек зрения. Например, впервые убедительно продемонстрировано наличие феномена изменчивости сократительной функции сердца на протяжении 11-летнего цикла солнечной активности, корреляций популяционных ритмов сердечно-сосудистых катастроф и ритмов солнечной и геомагнитной активности. Выявлены вариации амплитуды и времени акрофаз циркадианного ритма сердца с сезонами года, наличие типовой биоритмологической реакции сердца на воздействие различных внешних факторов, включая геомагнитную активность.
Одним из материалов для исследований послужили экспериментальные наблюдения над кроликами породы “шиншилла”, проводившиеся на протяжении ряда лет на медицинском факультете Российского Университета дружбы народов при идентичных условиях и одними и теми же методами. Последнее обстоятельство имеет ключевое значение для получения убедительных и статистически достоверных результатов в хронобиологии и хрономедицине, когда речь идет о динамике каких-либо показателей под влиянием внешних факторов. Не менее уникальный материал представляют собой архивы данных медицинских наблюдений космонавтов во время экспедиций на космических кораблях “СОЮЗ” и на орбитальной станции МИР. Космонавты, как известно, представляют собой группу здоровых и хорошо тренированных людей, подвергающихся воздействию различных внешних факторов, из которых наиболее значимым для сердечно-сосудистой системы является невесомость. Риск получения стресса под влиянием другого внешнего даже чрезвычайно слабого фактора при неустойчивом состоянии сердечно - сосудистой системы в невесомости особенно велик. Он усугубляется тем в данном случае, что сердечно-сосудистая система является одной из главных мишеней, на которую действуют оба внешних фактора - и невесомость, и возмущения геомагнитного поля.
Авторами использовался широкий спектр современных методических приемов для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы. В лабораторных исследованиях животных проводилась регистрация артериального давления в левой сонной артерии, пикового систолического давления в полостях левого и правого желудочков сердца и, в условиях пятисекундной окклюзии аорты и легочной артерии, максимального внутрижелудочкового давления при изометрическом сокращении камер сердца. Помимо этого, авторы изучали содержание в крови из полостей левого и правого желудочков свободных жирных кислот, а также кислотно-основное состояние крови методом микро-Аструп.
Полученная информация по экспериментам с животными была проанализирована современными методами математической физики, включая весьма полезный в случае многофакторных зависимостей метод кластерного анализа. Особенно ценно при этом участие физиков в авторском коллективе, что позволяет надеяться на то, что полученные результаты математической обработки достаточно достоверны и надежны.
Большой и чрезвычайно ценный раздел работы представлен материалом, полученным при трансмиссионной электронной микроскопии, сопровождавшей наблюдения над животными, и позволившей определять показатели, характеризующие состояние митохондриального аппарата в процессе всего цикла исследований.
Особенно полезным для всего проведенного цикла исследований является лабораторное моделирование десинхроноза. Десинхроз у животных вызывался искусственно путем введения 20% раствора алкоголя в течение 11 дней в начальной фазе локомоторной активности (6-8 ч) и в период начала фазы покоя (18-20 ч). Результаты моделирования позволили сформулировать основные признаки десинхроноза, возникающего под воздействием внешних факторов воздействия. С данными моделирования сравнивались затем результаты наблюдений в лаборатории и в космосе функциональных расстройств, вызванных воздействием такого естественного внешнего фактора, как геомагнитные бури. Как уже отмечалось выше, практически параллельные исследования функциональных показателей и ультраструктуры кардиомиоцитов позволили авторам убедительно показать, что в период максимума солнечной активности сократительная способность миокарда значительно ниже, а амплитуда сезонных колебаний выше, чем в фазу спада 11-летнего цикла активности Солнца. Было выявлено, что вне зависимости от сезона года максимум сократительной силы миокарда сопровождается гиперфункцией ультраструктур кардиомиоцитПредставляют интерес результаты авторов, свидетельствующие о том, что характеристики хроноструктуры циркадианных ритмов сердечно-сосудистой системы имеют во многом сходную динамику во все сезоны года, но отличаются в деталях. Весенний и осенний периоды являются переходными. Следует подчеркнуть, что весной и осенью состояние сосудистого тонуса оказывает существенно большее влияние на функцию сердца, нежели в другие сезоны года.Авторами книги впервые показано, что в основе энергообеспечения сократительной деятельности сердца в летнее время лежит гликолиз, в то время как, зимой - липолиз,. При этом миокард использует жирные кислоты из циркулирующей крови.
Выявлено влияние большой геомагнитной бури на морфофункциональное состояние сердечно-сосудистой системы у интактных животных, сходное с тем, которое наблюдалось при моделированом десинхронозе. Воздействие обоих сильных раздражителей – геомагнитной бури и алкоголя - на фоне сезонных изменений в период морфофункциональной гиперфункции приводит к десинхронозу, преобладанию, порой, необратимых процессов в виде деградации и деструкции митохондрий и резкого падения сократительной способности сердца.
Большой интерес представляет собой цикл исследований воздействий геомагнитной возмущенности на человека на примере космонавтов в процессе полетов различной длительности. Использовались данные медицинского контроля космонавтов и данные мониторирования по Холтеру, то есть, традиционные и хорошо отработанные методы исследования сердечного ритма, как в космосе, так и в обычных кардиологических клиниках. Тем ценнее и достовернее полученные результаты, свидетельствующие о том, что геомагнитная буря вызывает неспецифическую реакцию адаптационного стресса у космонавтов и специфическиую реакцию напряжения сосудистого тонуса.
Авторами книги проведено сопоставление результатов по моделированию десинхроноза и воздействию геомагнитной бури на подопытных животных с данными наблюдения космонавтов на борту орбитальной станции МИР также во время геомагнитной бури и в аналогичном сезоне года. Это сопоставление позволяет утверждать с достаточной убедительностью, что возмущения геомагнитного поля приводят к десинхронозу и адаптивной стресс-реакции у всех живых организмов, типичной для реакции этих систем на любые внешние стрессорные воздействия. Характер воздействия и его интенсивность зависят, как и при модельном десинхронозе, от исходного состояния циркадианной системы в момент воздействия.
Этот вывод, наконец, дает убедительное и разумное объяснение вопроса о том, каким образом геомагнитные возмущения воздействуют на живые организмы, обсуждавшегося уже несколько десятилетий.
В заключение можно сказать, что представленная монография вносит существенный вклад в разработку фундаментальных проблем хронобиологии, а именно, проблемы взаимодействия биологических систем с факторами внешней среды, такими, как ритмы гелио- и геомагнитных факторов и их флуктуации. Монография, в сущности, открывает новое направление биоритмологии - исследования морфофункциональных, ультраструктурных (на митохондриальном уровне) изменений миокарда при чрезвычайных внешних воздействиях на организм, включая геомагнитную активность.
Практическая значимость выполненного труда заключается также в обосновании положения об отсутствии фиксированной “физиологической нормы” работы сердца, уровень которой лабилен и, очевидно, может быть использован в медицинской практике только с учетом ультра-, цирка- и инфрадианной ритмики активности сердца, причем последняя связана с сезонной и многолетней цикличностью.
Член проблемной комиссии по хронобиологии
И хрономедицине РАМН, член Европейского об-
Щества хронобиологов, д.м.н., профессор
Р.М.Заславская
В В Е Д Е Н И Е
В настоящее время общепризнанно, что ритмичность биологических процессов является фундаментальным свойством живой материи и составляет сущность организации жизни (J.Aschoff,1985; F.Halberg, 1953-1998; A.Reinberg, 1973; Н.А.Агаджанян, 1975; Б.С. Алякринский, 1968-1985 ; Р.М.Заславская,1991; Ф.И.Комаров., С.И.Рапопорт, 2000; В.А.Фролов, 1979).
Формирование биологических ритмов неразрывно связано с эволюционным процессом живых организмов, происходившим с самого же начала зарождения и становления жизни в условиях одновременно развивающихся пространственно-временных закономерностей среды обитания. Элементарные живые структуры могли быть жизнеспособными только при возникновении у них динамически устойчивой временной организации, способной адаптироваться к ритмическим изменениям внешней среды. Возникшая временная структура живого организма, имея широкий диапазон реакций, могла противостоять также и влиянию апериодических изменений факторов внешней среды, которые, в свою очередь, способствовали поддержанию системы в активном состоянии.
Ритмические воздействия внешней среды являются главными стимуляторами биоритмов организма, играющими важнейшую роль в их формировании на ранних этапах онтогенеза и определяющими уровень их интенсивности в течение всей последующей жизни. Собственные эндогенные биоритмы организма – это фон, на котором развертывается картина жизнедеятельности и который не обеспечивает последней, если она непрерывно не активируется импульсами из окружающей среды. Последние, таким образом, являются теми силами, которые заводят биологические часы и определяют интенсивность их хода (См. например, Ю. Ашофф, 1984; J.Aschoff,1985; Б.С.Алякринский, 1983; Д.С. Саркисов и др.,1975).
В настоящее время общепризнанно, что наиболее мощным фактором, формирующим биологическую ритмичность, было собственное вращение Земли с сопутствующим ритмом изменений освещенности и температуры. Еще в 1797 году Христофер Гуфелянд, рассматривая суточные колебания различных медицинских показателей у здоровых и больных пациентов, пришел к выводу, что в организме существуют “внутренние часы, ход которых определяется вращением Земли вокруг своей оси”, поэтому многие считают Гуфелянда основателем учения о биологических ритмах. Он впервые обратил внимание на универсальность ритмических процессов и подчеркнул, что “наша жизнь, очевидно, повторяется в определенных ритмах, а каждый день представляет маленькое изложение нашей жизни”. Правда, некоторые исследователи отдают в этом вопросе пальму первенства французскому астроному, математику и физику Жан Жаку Де Мерану, который, изучая особенности солнечного света и вращения Земли, еще в 1729 году установил, что в условиях темноты и постоянной температуры растения сохраняют свойственную им двадцатичетырехчасовую периодичность движения листьев, связав тем самым этот феномен не с освещенностью, а с вращением нашей планеты.
Исключительно крупный вклад в хронобиологию внес российский ученый А.Л.Чижевский. Проведенный им анализ общей смертности в Российской империи с 1800 по 1900 год и по Сакт-Петербургу с 1764 по 1900 год позволил выявить столетнюю цикличность смертности, названную им “вековым ходом”. В дальнейшем А.Л.Чижевский связал проходящие на Земле циклические процессы с солнечной активностью. Международный конгресс по биологической физике и биологической космологии, состоявшийся в 1939 году в Нью-Йорке, оценивая работы А,Л,Чижевского, охарактеризовал его как создателя новых наук - космобиологии и биоорганоритмологии, подчеркнув тем самым неразрывную связь между ними. А.Л.Чижевский показал, что почти все органы функционируют строго ритмически, причем одни ритмы находятся в зависимости от физико-химических процессов, а другие - от факторов внешней среды (важнейшим из которых он считал космическое излучение). Кроме того, по мнению А.Л.Чижевского есть группа независимых (врожденных) ритмов.
По мере увеличения продолжительности жизни живых организмов происходил естественный отбор особей, способных приспосабливаться к ритмам внешней среды, имеющим различные периоды. Эволюционные преобразования создали сложную интегральную иерархию временной упорядоченности биологических ритмов различных видов, в которой ключевую роль по-видимому играла суточная ритмика.
Интересно отметить, что в хронобиологии понятие “суточный ритм” носит несколько условный характер. До сих пор нет еще ответа на вопрос, почему ритмы, согласовывающие жизнедеятельность организмов с “хронометром”, точным до долей секунды (астрономические сутки), сами имеют систематическую погрешность до нескольких часов (Г.Б.Федосеев и др.,1987). Можно предположить, что именно эта “погрешность” и есть то преимущество, которое позволило выжить биологической системе в “сумятице” (на первый взгляд) космофизических циклов. Возникновение циркадианного “тремора” позволяет подстраивать систему к широкому диапазону постоянно присутствующих изменений внешней среды, в том числе и к ритмическим изменениям среды. Как отмечал Б.С.Алякринский (1986а), циркадианные ритмы играют роль общего начала в целостной системе организма, выступая в качестве дерижера всех колебательных процессов, и отличаются признаками всеобщности и необходимости, что дает основание считать их закономерным общебиологическим явлением, т.е. говорить о законе циркадианности.
Иными словами можно сказать, что циркадианные ритмы являются одним из главных компонентов фрактальной системы биологических ритмов, объеденяющей частные ритмические процессы различных морфофункциональных структур. Сейчас можно сказать, что фрактальный принцип биоритмов сердца рассматривался в работе Чибисова С.М. (1993) «Интегральные взаимоотношения разнопериодических биоритмов сердца в норме и при их десинхронозе». Бродский В.Я. (2000) выделяет интегральность как характерную черту биоритмов, отмечая, что даже длинные инициируемые извне и генетически програмированные ритмы складываются из коротких собственно клеточных. Так же как околочасовые ритмы, другие клеточные ритмы, скорее всего тоже фракталы, т.е., хотя и детерминированные и закономерные, но в основе своей хаотические изменения. Видимо, интегральность циркадианных ритмов и определяет некоторую их нестабильность и возможность направленных влияний на их параметры.
В целом диапазон биологических ритмов весьма широк. F.Halberg (1964) предложил классифицировать биологические ритмы следующим образом: ультрадианные ритмы с периодом меньше 20 часов, циркадианные - с периодом 24 +-0 4 ч. и инфрадианные - с периодом больше 28 часов.
Сравнительно недавно было обнаружено, что существенная роль в жизни и эволюции всех без исключения биологических объектов принадлежит также инфрадианным ритмам. Среди последних следует выделять: циркасемисептанные ритмы с периодом примерно 3 +_ 0,5 сут.; циркасептанные ритмы с периодом 7 ± 3 сут., циркадисептанные - с периодом 14 ± 3 сут., циркавигинтанные с периодом 21 ± 3 сут., циркатригинтанные с периодом 30 ± 5 сут., цирканнуальные с периодом 1 год ± 2 месяца.
Существуют, однако, и другие классификации ритмов, в частности, отечественные. Например, Н.Л.Асланян и соавт. (1989) на основе многолетнего опыта биоритмологических исследований пациентов с различными патологиями предложили обособить интервал времени от 28 ч до 4 суток, поскольку ритмы этих периодов часто наблюдается при патологии. Поэтому именно ритмы в интервале периодов 28 – 96 часов предложено считать инфрадианными и не включать в эту группу ритмы с большими периодами. Предложено также ограничить пределы ультрадианных ритмов интервалом от 3 до 20 часов, а ритмы с периодом 18 – 22 ч и 26 – 30 ч считать переходными к ультрадианным и инфрадианным.
Н.Л.Асланян, С.М.Чибисов и Г.Халаби (1989) приводят следующее, можно сказать, “утилитарное” определение понятия “биологический ритм” – это ритм живого организма, периодический компонент которого в биологической временной организации целесообразно оценивать с помощью математических методов.
Основными параметрами, характеризующими биологический ритм, являются следующие величины. Период–интервал времени, в течение которого исследуемая величина совершает полный цикл своего изменения (период обратно пропорционален частоте ритма). Мезор – средний уровень исследуемого показателя за один цикл. Амплитуда – это половина разности между максимальным и минимальным значениями аппроксимирующей данный биоритм косинусоиды, либо разность между ее максимальным отклонением и мезором. Акрофаза – это значение временной шкалы в момент наступления максимума амплитуды, выраженное в градусах. Накопленные в настоящее время экспериментальные и клинические данные не вызывают сомнения в том, что изменения ритмов внешней среды являются факторами, обуславливающими морфологические и физиологические изменения в организме. Однако, зачастую конкретная информация носит противоречивый характер и требует дальнейшего углубленного и систематического изучения морфообразующей роли временной организации организма, в частности его регуляторно-адаптивных систем (Р.М. Баевский, 1976;1979, Э.С.Матыев, 1991). По мнению В.В.Парина и Р.М.Баевского, рассогласование биоритмов предшествует развитию патологических состояний с последующими информационными, энергетическими, обменными и структурными изменениями.
Г Л А В А 1
П А Т О Ф И З И О Л О Г И Я Б И О Р И Т М О В
1.1.^ Десинхроноз и адаптация к воздействию внешних факторов
В естественной среде организм всегда подвержен влиянию сложного динамического комплекса факторов, причем действие одних факторов изменяет (усиливает, ослабляет, деформирует) действие других, что создает проблемы для определения их роли и степени биотропности. Нарушения временной структуры организма возникают при рассогласовании упорядоченности структуры его внутренних ритмов, причем причины этого рассогласования могут быть различными – внутренними (например, патология систем или органов) и внешними (воздействие факторов окружающей среды).
Изучение динамики морфологических структур сердца, наблюдаемых при смене сезона года, позволило Т.Ю.Моисеевой (2000, 2000а) по новому посмотреть на процессы адаптации с позиций информационно- термодинамического подхода и представить сезонные изменеия миокарда как закономерную эволюцию информационно-термодинамической системы.
Нарушение естественного хода биологических ритмов, их взаимной согласованности, т.е. десинхроноз, является обязательным компонентом общего адаптационного синдрома (Алякринский Б.С., 1979), и в этом отчетливо видна связь проблемы биологических ритмов с проблемой адаптации.
Степанова С.И. (1986) рассматривает адаптацию как непрерывно текущий процесс, не прекращающийся ни на одно мгновение от момента зарождения организма до момента смерти. Адаптация рассматривается ею как процесс, имеющий как внешние, так и внутренние противоречия. Внешние противоречия адаптационного процесса заключаются в том, что организм находится в двойственных отношениях со средой: с одной стороны он стремится достичь согласованности с ней, а с другой - сохраняет некоторую рассогласованность, никогда не достигая идеальной гармонии, “пригнанности” к среде. Это и позволяет ему, в конечном счете, приспосабливаться, поскольку пребывание в некотором разладе со средой тренирует защитные механизмы организма, поддерживая их в активном “рабочем” состоянии, обеспечивая тем самым эффективную мобилизацию сил в случае резкого изменения внешних условий.
Иногда адаптацией называют только одну из двух сторон этого процесса, а именно, только согласование с ритмами внешней среды. Если придерживаться такой терминологической трактовки, то вторую сторону этого процесса, т.е. рассогласование, следует называть дезадаптацией, и таким образом феномен адаптации выступает как единство адаптации и дезадаптации, и этот процесс имеет ритмическое течение.
Заметим, что закон ритмичности адаптационного процесса имеет также большое практическое значение, ибо открывает надежный путь к прогнозированию динамики состояния организма при остром и хроническом стрессе, вызванном как внутренними, так и внешними причинами.
Например, он позволяет предвидеть особенности течения хронических заболеваний (периоды ремиссий и обострений), ход процессов восстановления после острых заболеваний и травм, смену периодов улучшений и ухудшений состояния в процессе приспособления к экстремальным условиям существования, в том числе и к условиям космических полетов. Он также позволяет принимать своевременные меры, направленные на поддержание благополучия организма.
Итак, приспособленность организма к условиям среды обитания не бывает абсолютной, так как его слишком тесная связь со средой может стать причиной вымирания (гибели не только отдельной особи, но и исчезновения вида) при внезапном изменении среды (De Beer Sir G., 1973).
Предельное развитие адаптивности (гиперадаптация) может привести к своей противоположности, к “гипертермии” и безвозвратной утере адаптивности, т.е. к анадаптации (Дичев Т.Г., Тарасов К.Е., 1976).
Большинству людей, пишет Г.Селье, в равной мере не нравится как отсутствие стресса, так и избыток его. Поэтому каждый должен тщательно изучить самого себя и найти тот уровень стресса, при котором он чувствует себя наиболее “комфортно”, какое бы занятие он не избрал. В последнее время получает все большее признание точка зрения о полезности умеренного стресса, в частности о том, что умеренный стресс сопровождается повышением продуктивности человека в различных видах деятельности (Франкенх Айзер П.,1970; Паткап П., 1970). Так, водители автомобилей выполняют предъявляемые им экспериментальные задания значительно лучше при воздействии умеренных стрессов, нежели в спокойной обстановке (Пикус и др., 1973). Громова Е.А. и др. выявили благоприятное влияние умеренного стресса (ситуации международных соревнований) на кратковременную память у спортсменов.
Следующие друг за другом циклы жизненных процессов различаются по своим параметрам - длительности периода, амплитуде, фазе. В тех случаях, когда адаптационный процесс протекает спокойно, без особых потрясений организма, когда действующие на организм стресс-факторы не выходят за рамки умеренного уровня, их воздействия на циркадианные ритмы невелики. Если же адаптационный процесс протекает бурно, с выраженными и быстро развивающимися изменениями в организме, что может быть обусловлено действием сильных раздражителей, либо особой динамичностью организма в некоторые периоды его индивидуального развития, в этих случаях состояние организма от цикла к циклу изменяется очень заметно, и колебательные процессы утрачивают свою правильность, регулярность. Искажение биологического ритма, трансформация его в непериодические колебания свидетельствует о резком обострении внутренних противоречий адаптационного процесса. Изменения исходной периодичности при стрессе характеризуются не только нарушением постоянства периода, но и увеличением амплитуды колебательного процесса, изменениями акрофазы.
В настоящей работе исследовалась в основном патофизиология биоритмов сердечно-сосудистой системы, обусловленная изменениями факторов внешней среды, в то время как значительную область хрономедицины патологии сердечно-сосудистой системы мы здесь касаться не будем, рекомендуя читателям, например, монографии Р.М.Заславской с соавторами (1994г., 1997г., 2001), исследовавших многие аспекты этой проблемы. Некоторые данные о десинхронозах сердечно-сосудистой системы при ее патологиях будут приводиться в данной работе лишь там, где это необходимо, для сопоставления или уточнения ряда результатов исследуемой нами проблемы.
Десинхроноз подразделяется на острый и хронический. Острый десинхроноз возникает при внезапном рассогласовании ритмов датчиков времени и организма. Например, при трансконтинентальных перелетах на современных авиалайнерах, пересекающих за довольно короткое время несколько часовых поясов, возникает резкое нарушение взаимоотношения фаз ритма сон-бодрствование. В случае, если воздействие фактора, вызвавшего острый десинхроноз, длительное время не прекращается, развивается хронический десинхроноз.
Хронический десинхроноз – патологическое состояние, в основе которого лежит перманентная десинхронизация функций организма.
Десинхроноз может быть вызван целым рядом внешних причин, как социальных, так и природных. К числу социальных причин относятся, например:
биотропные факторы антропогенного происхождения, такие как
Б) совокупные социальные стрессы больших промышленных городов, связанные с напряженной работой или управлением транспортом, обилием информации и т.д.;
уже упоминавшееся длительное рассогласование ритма сон-бодрствование, например, при сменной и ночной работе;
4) десинхроноз, вызванный орбитальными и межпланетными космическими полетами;
К числу десинхронозов, вызванных природными внешними факторами относятся, например, десинхронозы, связанные с:
5) эктремальными природными условиями,
6) изменениями ритмов действующих гелио-геофизических датчиков времени, таких как циклы солнечной активности, суточные и сезонные вариации погоды, изменения климата,
7) ритмами геомагнитного поля Земли, вызванными вращением Солнца,
8) апериодическими изменениями гелио-геофизических факторов, возникающими при солнечных вспышках и геомагнитных бурях.
Данная систематизация причин, вызывающих десинхроноз, условна, как всегда, когда речь идет о любой многофакторной системе. В реальности действие многих из перечисленных факторов может быть тесно переплетено, взаимосвязано, и один фактор может усиливать отрицательное действие другого. Так, например, на орбитальной станции космонавт пребывает в условиях, когда время “естественных” суток составляет всего примерно 90 минут (время облета станцией земного шара), и на него постоянно воздействует такой сильнейший и необычный стресс-фактор, как невесомость.
В настоящей книге предлагается следующая “рабочая” классификация нарушений организации временной структуры организма:
Изменение структуры ритма или десинхронизация:
Б) изменение периода.
2) Десинхроноз.
Данная классификация приводится лишь для правильности восприятия материала, поскольку в действительности структурные изменения ритма обычно сопутствуют дисинхронозу. В то же время, при проведении хронодиагностики, удается проследить зачастую за изменениями структуры ритма лишь одного или нескольких отдельных показателей, и поэтому, строго говоря, не следует говорить о десинхронозе организма. Наблюдаемые изменения в таких случаях следует определять как десинхронизацию, характеризующуюся рассогласованием существующих в норме соотношений периодов и фаз ритмов исследуемых показателей организма и внешней среды. Тем не менее, в дальнейшем для удобства изложения мы сами не будем строго придерживаться приведенной здесь классификации, считая, что читатель правильно поймет нас после сделанного выше комментария.
Приведем лишь некоторые имеющиеся литературные данные о нарушениях хроноструктуры циркадианных ритмов в соответствии с предложенной нами выше условной классификацией.
Естественно предположить, что нарушение хроноструктуры ритмов той или иной системы - явление целостное, и проведенное в следующих подразделах деление по различию проявлений нарушений параметоров ритмов условно. Тем не менее, использование таких диагностических критериев в хрономедицине, как амплитудные изменения ритмов, изменения мезора или периода ритма самостоятельно вполне допустимо и оправдано в ряде конкретных случаев.
1.2.^ Увеличение (уменьшение) амплитуды циркадианного ритма под влиянием стресса
Авторы полностью разделяют точку зрения E.Kanabrocki и соавт.(1983) о том, что амплитуда циркадианных ритмов имеет исключительно важное значение для оценки функционального состояния человека. Несмотря на то, что вариации амплитуды чаще всего сочетаются с другими проявлениями десинхроноза, следует отметить, что регистрация изменений амплитуды может служить прекрасным тестом при донозологической диагностике.
Так, например, при проведении хронобиологического обследования в группе спортсменов, занимавшихся академической греблей (С.М.Чибисов и соавт., 1983, 1987), было установлено, что одним из первых проявлений переутомления (перетренированности) является нарушение хроноструктуры ритма показателей гемодинамики, проявлявшееся в снижении амплитуды их циркадианного ритма.
Характерно, что после 3-х часового авиа-перелета у пассажиров происходит уменьшение амплитуды 24-х часовых колебаний физиологических показателей (А.А.Путилов, 1985), причем, снижение амплитуды ритма наиболее выражено при перелете в восточном направлении (J.Aschoff et al.,1975; K.Klein et al., 1972). В.А.Матюхин с соавт. (1983) отмечают, что чем выше скорость пересечения часовых поясов при перелете, тем ниже амплитуда суточных колебаний показателей.
Н.М.Фатеева (1995), оценивая различные периоды нахождения рабочих на вахте при трансширотных перелетах в условиях Заполярья, отметила, что кроме значительных колебаний среднесуточного уровня показателей свертывания крови, имеются довольно существенные изменения внутрисистемной синхронизации регулируемых параметров. Основными проявлениями этих изменений являются исчезновение статистически значимого 24-х часового ритма, выраженный сдвиг акрофаз, появление статистически значимых 12-ти часовых ритмов; особенно это характерно в начальный период перелета. Относительная стабилизация временной организации показателей гомеостаза отмечается на 30-35 день вахты, а достаточно устойчивого состояния достигает к 45-му дню вахты.
Уместно напомнить, что изменения амплитуды циркадианных ритмов показателей сердечно-сосудистой системы наблюдается не только при десинхронозе, вызванном внешними факторами, но и при десинхронозе, связанном с ее патологией (внутреннем). Так например, Л.И.Виноградовой (1976) было показано, что величина амплитуды колебаний суточного ритма артериального давления и частоты сердечных сокращений у больных нейроциркуляторной дистонией существенно выше, чем у здоровых людей. Такая же закономерность обнаружена В.А.Яковлевым (1978) у больных гипертонической болезнью 1-ой стадии. Неуклонное снижение амплитуды циркадианного ритма различных показателей происходит по мере старения (Aschoff J.,1994)
Таким образом, изменения амплитуды суточных ритмов является одним из важных диагностических критериев в хрономедицине не только внутренних, но и внешних десинхронозов.
1.3 .^ Изменение периода ритма под влиянием стресса
Как свидетельствуют иссследования «внутренних» десинхронозов, стресс, связанный с наличием патологии, сопровождается также изменением периода циркадианного ритма.
Клинические исследования, проведенные в лаборатории, руководимой Н.Л.Асланяном (1986, 1988), позволили сформулировать новое понятие “неоритмостаза”, то есть установления относительной стационарности параметров ритмов на новом уровне, происходящем под влиянием стресса, а именно, перехода циркадианного ритмостаза в ультрадианный или инфрадианный неоритмостаз. Например, при выполнении 261-го ритмологического исследования выделения мочи и электролитов у больных, страдающих нейроциркуляторной дистонией, было выявлено, что в 168 случаях (64%) у них выделяются достоверные ритмы, однако их периоды существенно отличаются от периодов ритмов здоровых индивидуумов. Если у здоровых людей среди статистически достоверных ритмов околосуточные ритмы составляли 92%, то у больных нейроциркуляторной дистонией они выявлены только в 31% случаев, в то время как инфрадианные выявлялись в 54% случаев, а ультрадианные ритмы в 15% случаев. В то же время, мезоры и амплитуды ритмов выделения мочи и электролитов в этой группе больных достоверно не отличались от соответствующих показателей здоровых людей.
В совместной работе, проведенной одним из авторов с Л.А.Бабаян (1990, 1997) было показано, что у интактных животных под влиянием внешнего стресса также происходит смещение периодов циркадианных ритмов в инфрадианную область. Обычно статистически достоверно выделяемые ритмы кортикостерона и минералов крови у этих животных составляют 80%, ритмы экскреции минералов с мочой - 74%. При этом среди достоверных ритмов у интактных животных в спокойных условиях доминируют ритмы циркадианного диапазона (75 и 91% соответственно для крови и мочи). Можно заключить, что большинству интактных животных присущи циркадианные ритмы водно-минерального гомеостаза с внутренней синхронизацией по периоду ритмов отдельных показателей с определенной величиной мезоров и амплитуд. Под влиянием длительно воздействующих внешних стрессорных факторов (например, введения алкоголя) водно-минеральная система животных реорганизовывала свою временную структуру. Это выражалось в трансформации циркадианного периода в непериодические колебания или в формировании, в основном, инфрадианной ритмичности: для показателей крови и мочи циркадианные ритмы составляли уже только - 21% , 27%, в то время как инфрадианные ритмы состаляли 56 и 54% соответственно, и ультрадианные ритмы - 23%, 19%.
Следует подчеркнуть, однако, что у большинства показателей происходит, естественно, не только изменение периода, но и значительное изменение величины некоторых мезоров и амплитуд (как это отмечалось в предыдущем параграфе). Например, достоверные ритмы кортикостерона в 100% случаев находились в инфрадианном диапазоне, однако, их мезоры и амплитуды при этом статистически достоверно (Р
Сопоставляя литературные данные с нашими результатами, можно предположить, что в результате нейроэндокринных изменений под воздействием стресса, а также, вероятно, и изменений их временной структуры, происходит реорганизация не только циркадианной хроноструктуры экскреции натрия, калия, меди, цинка, но и области доверительных интервалов колебаний их мезоров и амплитуд.
Результаты наших исследований дают основания для выделения комплекса реакций водно-солевой гомеостатической системы в качестве защитной реакции по отношению к действию повреждающих факторов. Сущность ее состоит в реорганизации циркадианной ритмики системы. Она носит неоднозначный характер в различных звеньях водно-солевой системы. Так, если ритмика показателей водно-солевого гомеостаза крови характеризуется главным образом изменениями периода и амплитуды, то ритмика эфферентного звена - изменениями периода, амплитуды и мезора. Логично предположить, что благодаря чрезмерной лабильности параметров ритмов эфферентного звена водно-солевой системы сохраняется постоянство мезоров водно-солевого гомеостаза крови, а чрезмерная лабильность параметров ритмов исполнительного аппарата делают водно-солевую систему точным механизмом, обеспечивающим на основе принципа саморегуляции устойчивость показателей водно-солевого гомеостаза организма при действии повреждающих факторов.
Достаточно ярким примером результата потери циркадианной структуры ритма под воздействием внешних факторов является десинхроноз, вызванный челночными производственными перелетами из средних широт (г.Тюмень) в условия Заполярья (г.Харасвай). При таких перелетах наблюдается десинхронизация циркадианной системы гемостаза, имеющая несколько степеней выраженности. Первая степень характеризуется повышением среднесуточной продолжительности времени свертывания крови, сохранением статистически значимого 24-часового ритма, концентрацией основной мощности временных процессов показателей системы на периоде 24х часов. Вторая степень характеризуется снижением среднесуточной продолжительности времени свертывания крови и отсутствием статистически значимых 24х часовых ритмов. При этом, однако, сохраняется концентрация основной мощности временных показателей на периоде 24х часов, Третья степень десинхроноза сопровождается разнонаправленными изменениями среднесуточных значений показателей системы гемостаза, отсутствием статистически значимых 24х часовых ритмов и проявлением полиморфизма их ультрадианных составляющих (Фатеева Н.М. с соавт., 1998).
1.^ 4. Десинхроноз, вызванный воздействием различных внешних стрессовых факторов
В данном разделе мы рассмотрим более подробно данные о десинхронозе, вызванном воздействием различных внешних социальных и природных факторов, перечисленных в пунктах 1) – 8) в разделе 1.1. настоящей Главы, и сопоопоставим эти данные с некоторыми результатами собственных наблюдений.
1.4.1.Воздействие факторов антропогенного происхождения
а) Воздействие алкоголя
При продолжительном действии таких социальных биотропных факторов, как токсические, физические и других воздействия, возникает состояние хронического десинхроноза и повреждение структуры суточных ритмов организма (Рейнберг А., Смоленский М., 1983), что, по мнению Парина В.В., является одним из первых проявлений в цепи событий, приводящих к развитию патологического состояния. С этой точки зрения токсикологические исследования, проведенные в различные фазы циркадианного ритма, могут служить моделью для изучения десинхроноза. С другой стороны, десинхроноз, являясь неспецифическим функциональным состоянием, во многих случаях предваряет клинические признаки заболевания.
Проведенные различными авторами исследования реакции организма здоровых индивидуумов на этанол позволили расширить представления о реакциях организма на экстремальные воздействия и о механизмах адаптации к ним. Так, если рассматривать кислотно-основное состояния крови (КОС) испытуемых, то под
Б АЕВСКИЙ Вадим Соломонович
Заслуженный деятель науки Российской Федерации
профессор
Доктор филологических наук
заведующий кафедрой истории и теории литературы
Смоленского государственного университета член Союза российских писателей
Сегодня мне не приходится краснеть ни за одно слово, опубликованное мною. Ничего не писалось в угоду власти. К сожалению, самоуправство редакторов оставило свои следы. В ряде работ редакторы без согласования со мною вписали абзацы, на которые я бы никогда не согласился. Если мне показывали подобные искажения в процессе подготовки к печати, я их убирал или отказывался публиковаться. Но иногда редактор столь мало считался с автором, что я видел результат его вторжения в мой текст уже в печати. Подлинная беда - редакторский произвол в отношении заглавий статей и даже книг.
В ряде случаев, когда отказаться публиковать заредактированную статью было невозможно, мне приходилось отказаться подписывать статью своей фамилией и скрываться под псевдонимом В.С. Лазурин.
Я называю этот список полным не потому, что он вобрал в себя всё мною опубликованное. Я потерял из виду некоторые ранние публикации, некоторые работы, которые вроде бы вышли в Эстонии, Латвии, Канаде. Этот список полон в том смысле, что я ничего не скрываю, я называю все работы, которые были мною опубликованы на протяжении моей жизни и выходные данные которых мне известны. И все известные мне статьи обо мне и рецензии на мои работы.
В.С. Баевский
