ХОЛТЕРОВСКОЕ МОНИТОРИРОВАНИЕ В КОСМИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ: АНАЛИЗ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА.

Ключевые слова космическая медицина, вариабельность сердечного ритма, холтеровское мониторирование

Key words space medicine, heart rate variability, Holter monitoring

Аннотация Изложены принципы и методика оценки данных Холтеровского мониторирования, используемого для оценки функционального состояния организма и процессов адаптации в экстремальных условиях космического полета.

Annotation The principles and method of assessment of the data of Holter monitoring which are used for estimation of the organism functional state and the adaptation processes under the extreme conditions of space flight are described.

Автор Баевский, Р. М., Никулина, Г. А.

Номера и рубрики ВА-N16 от 28/05/2000, стр. 6-16 /.. Передовые статьи

Версия для печати PDFs

ВВЕДЕНИЕ

Одним из методов, систематически используемым в космической медицине для исследования членов экипажа до, во время и после космического полета, является Холтеровское мониторирование (Goldberger et al.,1994, Баевский, Никулина, 1995). В космической медицине первоначальной задачей Холтеровского мониторирования (ХМ) было выявление скрытой сердечной патологии при отборе космонавтов и при обследовании перед полетом, а также ранняя диагностика вероятных отклонений со стороны сердечно-сосудистой системы в ходе полета. Однако, уже первое его применение во время длительных космических экспедиций на орбитальной станции «Салют» (1978-79 гг.) показало, что, наблюдавшиеся в полете изменения ЭКГ были несущественными и не имели клинической значимости. Это дало толчек развитию физиологического, прогностического подхода к анализу и трактовке данных Холтеровского мониторирования. В данной работе основное внимание уделяется именно этому подходу, который в течение последних двух десятилетий активно развивался в космической медицине и может представить интерес для широкого круга физиологов и клиницистов.

1. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ДАННЫХ ХОЛТЕРОВСКОГО МОНИТОРИРОВАНИЯ В КОСМИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ

1.1. Теретические основы использования результатов Холтеровское мониторирование для оценки функционального состояния организма

Среди множества определений функционального состояния организма применительно к проблемам космической медицины наиболее практичен подход, основанный на представлениях теории адаптации и учения о гомеостазе. Это обусловлено тем, что факторы космического полета вызывают целый ряд изменений в различных системах организма и его реакции на эти воздействия направлены, во-первых, на адаптацию к новым условиям, во-вторых, на сохранение межсистемного и внутрисистемного гомеостаза за счет включения соответствующих компенсаторных механизмов. Организм человека, испытывающий в условиях современного научно-технического прогресса постоянные стрессорные воздействия (производственные, психоэмоциональные и др.), необходимо рассматривать как динамическую систему, которая непрерывно приспосабливается к условиям окружающей среды путем изменения уровня функционирования отдельных систем и органов и соответствующего напряжения регуляторных механизмов. Адаптация к новым условиям среды достигается ценой затраты функциональных ресурсов организма, за счет определенной «биосоциальной платы» (Авцын, 1975). Как известно, при воздействии факторов, имеющих стрессорный характер, возникает общий адаптационный синдром (Селье, 1961), который рассматривается как неспецифический ответ организма и сопровождается напряжением регуляторных систем, направленным на мобилизацию функциональных резервов. Повседневная жизнь и деятельность также вызывают определенное напряжение механизмов регуляции. Это «рабочее напряжение» зависит от возраста, пола, индивидуальных особенностей, уровня здоровья, но не выходит за рамки так называемой физиологической нормы. В тех случаях, когда окружающие условия среды требуют от организма повышенных усилий, «диагносцируют» функциональное напряжение (умеренное, значительное или резко выраженное). Слово «диагносцируют» здесь использовано не случайно. Состояния функционального напряжения относят к так называемым донозологическим и для их распознавания используются методы донозологической диагностики (Баевский, Казначеев, 1978). Донозологические состояния являются пограничными между нормой и патологией. Они предшествуют развитию болезни и указывают на снижение адаптационных возможностей организма (Баевский, 1979, Баевский, Берсенева, 1997).

Для космической медицины развитие учения о донозологических состояниях представляет большой научный и практический интерес. Особенно это важно при разработке принципов прогнозирования функциональных состояний космонавта в полете. Надо отметить, что фактически именно в космической медицине были начаты первые исследования по изучению функциональных состояний здорового организма на грани нормы и патологии (Баевский, 1979). Для оценки состояния здоровья космонавтов была создана классификации функциональных остояний, включающая 10 ступеней - баллов (Баевский,1983).

Для распознавания различных градаций функционального состояния организма в зоне, пограничной между нормой и патологией, в условиях космического полета целесообразно использовать показатели, характеризующие реакции системы кровообращения. Ввиду отсутствия гравитационного фактора кровообращения и снижения энерготрат на поддержение позы и перемещения тела эта система является одной из «мишеней» непосредственного воздействия невесомости. В.В.Парин с соавторами (Парин, Баевский, Газенко, Волков, 1967) выдвинули концепцию о системе кровообращения как индикаторе адаптационных реакций целостного организма. Система кровообращения, наряду с нейро-эндокринной системой, играет существенную роль в процессах адаптации, что связано, прежде всего, с ее функцией транспорта питательных веществ и кислорода, основных источников энергии для клеток и тканей. Энергетический механизм занимает ведущее место в процессах адаптации. Дефицит энергетического обеспеченияи клеток и тканей является пусковым сигналом, запускающим всю цепь регуляторных приспособлений (Меерсон, 1981). Переход от неустойчивого механизма кратковременной (срочной) адаптации к устойчивому механизму долговременной адаптации связан с усилением мощности клеточных систем синтеза белков и нуклеиновых кислот и обеспечивается увеличением их митохондриального аппарата. Как известно, важную роль в регуляции сердца и сосудов, в их приспособлении к текущим потребностям организма, играет вегетативная нервная система. Вместе с тем вегетативный гомеостаз зависит от состояния более высоких уровней регуляции и отражает результаты адаптивного поведения всего организма. Для оценки состояния симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, подкоркового сердечно-сосудистого центра а также высших вегетативных центров в космической медицине получил применение анализ вариабельности сердечного ритма (Парин, Баевский, Газенко, 1965, Воскресенский, Вентцель, 1965, Баевский, Барсукова,Тазетдинов,1981). Этот неинвазивный, достаточно простой и весьма информативный метод в настоящее время завоевал себе широкое признание как в нашей стране (Клецкин, 1979, Баевский, 1979, Жемайтите, 1982, Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984, Миронова, Миронов, 1998, Рябыкина, Соболев, 1998), так и за рубежом (Sayers,.-1973, van Ravenswaaij-Arts C.M., et all. 1993:).

Анализ вариабельности сердечного ритма получил развитие в космической медицине еще во время первых полетов человека (Баевский, Газенко 1965). Многолетний опыт его применения для оценки функционального состояния космонавтов на разных этапах полета показал, что он позволяет определять уровень стресса, распознавать появление перенапряжений, аритмий и состояний функционального напряжения, предшествующих развитию болезни. Наряду с общеизвестными на Западе методами анализа (Heart rate variability, 1996) в России, в частности, в космической медицине, применяют комплексную оценку вариабельности ритма сердца, не имеющую аналогов в мировой практике. При этом по определенному набору показателей формируется заключение о степени напряжения регуляторных систем (показатель активности регуляторных систем - ПАРС). ПАРС был предложен в начале 80-х годов (Баевский, 1983, Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984) как интегральный показатель, характеризующий не только суммарный эффект регуляции, но и состояние функции автоматизма, вегетативный гомеостаз, активность вазомоторного центра, состояние подкоркового сердечно-сосудистого центра и более высоких уровней нейро-гуморальной регуляции. Этот показатель использовался в различных областях медицины и физиологии и характеризуется высокой информативностью для оценки степени напряжения регуляторных систем и степени адаптации организма к условиям окружающей среды. При вычислении ПАРС формируется 10-балльная шкала значений. При этом используются данные статистического автокорреляционного и спектрального анализа, а также данные вариационной пульсометрии (Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984; Баевский, Лапкин и др., 1996).

1.2. Особенности анализа вариабельностии сердечного ритма при Холтеровском мониторировании

У человека в формировании суточного ритма отдельных физиологических процессов наряду с физическими датчиками времени (температура, освещенность, изменения магнитного поля и т.д.) важную роль играет комплекс социально-психологических и производственных факторов. Поэтому смену дня и ночи можно рассматривать как своеобразную функциональную пробу, предъявляемую организму ежедневно естественным путем. Изменение адаптационного поведения биосистемы в ответ на суточные колебания условий окружающей среды зависит от функциональных возможностей организма, состояния механизмов регуляции адаптации и гомеостаза. Циклические процессы в живых системах можно определить как процессы адаптации, направленные на поддержание равновесия внутри организма и между организмом и средой. Важным при этом является условие сохранения стабильности системы или оптимальной жесткости ее внутренних связей. Поскольку суточные колебания физиологических показателей отражают активное взаимодействие механизмов адаптации и гомеостаза, общепринятые хронобиологические показатели могут интерпретироваться с физиологических позиций. Так, уровень гомеостаза характеризуется величиной Мезора - среднесуточного значения показателя. Активность адаптационных процессов определяется амплитудой суточных колебаний. Временное согласование различных функций можно оценивать по акрофазам. Таким образом, используя данные Холтеровского мониторирования можно подробно проанализировать хронобиологические аспекты адаптационного процесса и, что особенно важно, участие в этом процессе различных звеньев регуляторного механизма.

В последние годы у нас и за рубежом началось активное исследование суточной вариабельности сердечного ритма по данным Холтеровского мониторирования. Создаются специальные методы и подходы к анализу суточного массива RR-интервалов (Bigger, Albrecht., Steimannet al.,1988, Lombardi., Sandroni., Mortara et al., 1992, Baevsky, Bennett, Bungo et al., 1997). В Европейско-Американских стандартах (Heart rate variability, 1996) имеется специальный раздел, посвященный анализу суточной вариабельности сердечного ритма. В частности при прогнозировании риска внезапной смерти используются данные о значении SDNN (van Ravenswaaij-Arts, Kollee, Hopman et al., 1993). При этом считается, что снижение среднесуточного значения этого показателя ниже 50 миллисекунд уже является сигналом тревоги, а его уменьшение до 20 мс дает 95-процентный риск внезапной смерти.

Для оценки адаптационных и гомеостатических механизмов по данным измерения показателей вариабельности сердечного ритма в течение суток (например, каждый час) может использоваться стандартный статистический подход с вычислением средних значений, вариационного размаха и коэффициентов взаимной корреляции Л.М.Макаров (1998) предложил вычислять циркадный индекс (ЦИ) как отношение дневного значения ЧСС к ночному. Предложены специальные показатели (Баевский, Никулина, Семенова, 1977): ПСАД (показатель суточной адаптивности) и КСФ (коэффициент синхронизации функций). Более глубокий анализ временной организации физиологических функций может быть обеспечен применением метода «Косинор» (Окунева, Власов, Шевелева, 1987).

1.3. Комплексный клинико-физиологический подход к оценке данных Холтеровского мониторирования

Учитывая особенности оценки данных Холтеровского мониторирования на разных этапах отбора, подготовки, предполетного периода и во время космического полета нами разработан комплексный клинико-физиологический подход. Клиническая оценка ЭКГ при Холтеровском мониторировании играет важную роль в предполетном периоде, особенно в исследованиях, предшествующих старту. В этот период в связи с напряженной подготовкой к полету у членов экипажа могут возникнуть такие изменения ЭКГ, которые могут наблюдаться в результате длительного стресса. Не менее важное значение имеет клинический анализ ЭКГ при Холтеровском мониторировании в первые дни после возвращения на Землю. Здесь нередко наблюдаются преходящие метаболические и даже коронарные изменения ЭКГ в первые часы пребывания на Земле (Григорьев., Егоров, 1997). В отдельных случаях отмечаются изменения формы ЭКГ и нарушения ритма, особенно в ночные часы и на 2-3-й дни после приземления. Все эти находки представляют практический интерес в связи с планированием восстановительных мероприятий в периоде реадаптации космонавтов к земным условиям.

Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) по данным Холтеровского мониторирования в космической медицине имеет многолетний опыт и постоянно совершенствуется в связи с развитием программных средств и ростом наших знаний о механизмах регуляции физиологических функций. В таблице 1 представлен сокращенный перечень показателей ВСР, которые используются нами при оценке результатов исследований. Физиологическая интерпретация показателей, основывается на опыте использования метода в космической медицине и имеет некоторые отличия от представлений ряда зарубежных авторов. В частности, относительная и абсолютная мощность низкочастотных колебаний (медленные волны 1-го порядка - МВ-1) рассматривается в связи с активностью подкоркового вазомоторного центра (Sayers, 1973, Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984), хотя в более широком смысле этот показатель отражает состояние симпатического звена регуляции (van Ravenswaaij-Arts, Kollee., Hopman. et al., 1993). Медленноволновая периодика в диапазоне 0,05-0,015 Гц (медленные волны 2-го порядка - МВ-2), обозначаемая обычно как очень низкочастотные колебания (VLF), как показали многочисленные исследования связана с активностью кортикальных структур и с состоянием высших вегетативных центров (Хаспекова, 1996, Флейшман, 1999). Важное значение придается показателю степени напряжения регуляторных систем, который определяется суммарной активностью симпатического звена вегетативной регуляции и вычисляется по графику распределения RR-интервалов (вариационной пульсограмме). Он получил название индекса напряжения регуляторных систем или стресс индекса (Stress Index-SI) (Баевский, Кириллов, Клецкин, 1984),

Таблица 1.

Основные показатели вариабельности сердечного ритма и их краткая физиологическая интерпретация (для записей с объемом выборки - 5 минут)

Все указанные показатели вычислялись в последовательных 5-ти минутных сегментах 24-х часовой записи (144 сегмента) и в результате получались динамические ряды абсолютных значений каждого из показателей. Весьма наглядными являются графики почасовых значений, в которых представлены средние величины показателей за каждый час. Другой формой отображения почасовых значений показателей являются круговые диаграммы, где почасовые значения представлены в процентах по отношению к среднесуточному уровню. Здесь важным является выделение максимумов и минимумов почасовых значений (по времени суток, по абсолютной и относительной величине). Для оценки процесса адаптации к циклам «день-ночь» и «утро-вечер» оказалось эффективным построение диаграмм по 8-часовым (или 6-и часовым) средним значениям показателей. Специально вычисляется показатель ПСАД в % (ЧССмакс - ЧССмин)*100/ЧССср, где макс, мин и ср. - соответственно максимальное, минимальное и среднесуточное значения показателя. При этом вместо ЧСС могут быть использованы и другие показатели. Весьма информативен показатель КСФ (среднее значение из суммы модулей коэффициентов парной корреляции почасовых средних значений группы показателей). Обычно используются группы показателей: ЧСС, СКО и ИН или ЧСС, RMSSD и pNN50.

При оценке данных, полученных в результате анализа ВСР у космонавтов при Холтеровском мониторировании совершенно обязательным является оценка изменений ЭКГ, которые, обычно появляются на стадиях перенапряжения и истощения регуляторных механизмов. В этой связи следует выделить две группы оценочных критериев:

1) Клинически значимые изменения ЭКГ и вариабельности сердечного ритма, указывающие на развитие состояний, требующих срочного реагирования медицинской службы и свидетельствующие о недостаточной эффективности проводимых в полете плановых профилактических мероприятий. Так при развитии острых состояний необходимо оценить показатели ЭКГ, характеризующие коронарное кровообращение и исключить наличие острого инфаркта миокарда, определить степень метаболических сдвигов в миокарде и выявить наличие и выраженность нарушений проводимости и автоматизма. При этом важнейшее значение имеет также оценка регуляторных сдвигов, в частности, определение показателя общей вариабельности SDNN, среднесуточное значение которого не должно быть ниже 50 мс. (van Ravenswaaij-Arts, Kollee, Hopman. et al., 1993).

2) Физиологически значимые изменения ЭКГ и вариабельности сердечного ритма, отражающие течение процесса адаптации организма к условиям длительного космического полета. Здесь важно оценить функциональные резервы организма космонавта. Суточные колебания показателей ЭКГ и вариативности сердечного ритма являются чувствительным индикатором адаптационных возможностей системы регуляции кровообращения. В связи этим важную роль приобретают такие показатели как ПСАД и КСФ. Здесь также существенно выявление вероятных изменений со стороны миокарда, например, выявление метаболических сдвигов, которые проявляются изменениями амплитуды зубца Т или появлением одиночных экстрасистол. Процесс адаптации протекает нормально в случае, если не выявляются признаки снижения функциональных резервов организма. Весьма наглядной и информативной является оценка функционального состояния по значениям ПАРС. Ухудшение функционального состояния организма характеризуется увеличением ПАРС. Обычно в ходе полета величина ПАРС не превышает 2-3 баллов. Увеличение его до 4-5 баллов указывает на состояние неудовлетворительной адаптации и свидетельствует о недостаточной эффективности профилактических мероприятий.

В таблице 2 приведен перечень клинико-физиологических критериев, рекомендуемых к использованию при анализе данных Холтеровского мониторирования. Представленные оценочные критерии позволяют подойти к оценке функциональных состояний членов экипажа на основе принципов донозологической диагностики. На основе указанных критериев и с учетом 10-балльной шкалы функциональных состояний, используемых в донозологической диагностике, была создана специальная шкала для оценки результатов Холтеровского мониторирования у космонавтов (см. таблицу 3).

Таблица 2.

Клинико-физиологические критерии оценки ЭКГ, полученных при Холтеровском мониторировании, в длительных космических полетах

Таблица 3.

Шкала балльных оценок результатов Холтеровского мониторирования на основе использования принципов донозологической диагностики

2. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ХОЛТЕРОВСКОМ МОНИТОРИРОВАНИИ В ДЛИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТАХ

В качестве примеров анализа вариабельности сердечного ритма при Холтеровком мониторировании в длительных космических полетах ниже будут представлены данные нескольких экспедиций на орбитальной станции «Мир», в том числе рекордного полета длительностью в 438 суток (Baevsky, Bennet, Bungo et al., 1997, Baevsky, Moser, Nikulina et al., 1998, Баевский, Богомолов, Гольдбергер и др., 2000).

115-суточный космический полет

Исследования были проведены на двух членах экипажа до полета, на 1-м, 2-м, 3-м и 4-м месяцах полета и на 1-2-е сутки после возвращения на Землю. В таблице 4 представлены среднесуточные значения ряда основных показателей вариабельности ритма сердца у 1-го и 2-го членов экипажа на разных этапах полета. Прежде всего рассмотрим значения показателей в предполетном периоде. Как видно из представленных данных, исходное функциональное состояние космонавтов существенно различалось. При одинаковой среднесуточной частоте пульса у второго космонавта значение СКО было в два раза меньше, а значение ИН в - два раза больше. Это показывает, что для поддержания адекватного уровня функционирования сердечно-сосудистой системы организм второго космонавта нуждается в существенно более высоком напряжении регуляторных механизмов, а его вегетативный баланс смещен в сторону преобладания симпатического звена регуляции. Все это указывает на то, что регуляторные механизмы второго космонавта обладают значительно более низкими функциональными резервами. Разница эта в определенной мере объясняется возрастными различиями между космонавтами. Второй космонавт почти на 20 лет старше первого. Он, однако, совершал уже третий космический полет и обладал значительным опытом работы в космосе, в то время как первый отправлялся в космос впервые.

Исходные различия функционального состояния обусловили существенно различную динамику изменений в ходе космического полета. Как следует из таблицы 4 после трехнедельного пребывания в невесомости (20-22 сутки полета) у первого космонавта отмечается достоверное урежение пульса и уменьшение СКО без роста ИН. Это означает, что система регуляции перешла на более экономичный режим работы при некотором смещении вегетативного баланса в сторону усиления активности симпатического звена. У второго космонавта частота пульса не снижается на фоне достоверного снижения СКО и роста ИН, т.е. у него напряжение регуляторных систем по сравнению с предполетным уровнем увеличилось.

В ходе дальнейшего полета динамика рассматриваемых показателей у обоих космонавтов аналогична, с той лишь разницей, что у первого ИН увеличивается менее чем в 2 раза по сранению с предполетными значениями, а у второго растет почти в 5 раз. Среднесуточное значение СКО у второго космонавта уже ко 2-му месяцу пребывания в космосе становится ниже 50 мс., что по литературным данным свидетельствует о высоком риске сердечных заболеваний (van Ravenswaaij,. Kollee,. Hopman et al., 1993). Более подробную информацию о перестройке отдельных звеньев вегетативной регуляции можно получить при рассмотрении результатов спектрального анализа суточных изменений вариабельности сердечного ритма (см. табл. 4). Уменьшение мощности высокочастотных колебаний (ДВ) у обоих космонавтов указывает на усиление тонуса симпатического отдела. Но у второго космонавта это выражено в значительно большей мере, чем у первого.

Таблица 4.

Среднесуточные значения показателей вариабельности сердечного ритма у членов экипажа во время 115-суточного полета на орбитальной станции «Мир»

Первый космонавт

Второй космонавт

Чрезвычайно интересна динамика низкочастотных колебаний сердечного ритма (МВ-1), отражающих активность вазомоторного центра. У первого космонавта это снижение было наибольшим к концу 2-го месяца полета (на 1/3 от предполетного уровня) и к середине 3-го месяца полета отмечалось восстановление до исходного уровня. У второго космонавта снижение этого показателя продолжалось до конца полета и достигло более 50% от предполетного уровня. Относительно однотипными были изменения очень высокочастотных колебаний сердечного ритма (МВ-2). У обоих космонавтов их мощность снижалась примерно в 2 раза.

Использование предложенной нами балльной оценки функционального состояния космонавтов показывает отчетливые различия в реакции космонавтов на комплекс факторов космического полета. Из рис. 1 видно, что у второго космонавта уже с первого месяца полета функциональное состояние было хуже чем у первого. Эффективность профилактических мероприятий у него повидимому была существенно меньшей, чем у первого, где к концу полета отмечалась полная нормализация функционального состояния.

Рис. 1. Изменения функционального состояния членов экипажа (1 и 2) во время 115-суточного полета на ОС "Мир" По оси ординат - функциональное состояние в баллах.

Полученные результаты дают основание считать, что метод Холтеровкого мониторирования позволяет выявить и оценить индивидуальные особенности вегетативной регуляции кровообращения в условиях длительного космического полета. Вегетативная нервная система играет ведущую роль в организации более эффективного взаимодействия между различными звеньями регуляции энергетики и метаболизма. Как свидетельствуют литературные данные (Хаспекова, 1996) и как показано нашими предыдущими исследованиями (Баевский, 1979, Baevsky, Bennett, Bungo et al., 1997) сверхнизкочастотная компонента вариабельности сердечного ритма (VLF) отражает активацию надсегментарных структур, обусловленную включением компенсаторных и резервных механизмов адаптации. Это становится особенно наглядным при рассмотрении динамики изменений внутри суточного цикла значений средней мощности колебаний в трех диапазонах (ДВ, МВ-1, МВ-2) после 3-х месячного пребывания в условиях невесомости. У 1-го космонавта средняя мощность колебаний в диапазоне МВ-2 в течение дня не изменяется, а в ночной период снижается. Это означает, что не происходит активации резервных механизмов надсегментарного уровня и преобладает активность систем сегементарного уровня. Растет средняя мощность дыхательных волн (увеличение активности парасимпатического звена вегетативной регуляции), увеличивается мощность вазомоторных волн (высокая активность системы регуляции артериального давления). У второго члена экипажа увеличение МВ-2 в ночное время указывает на снижение функциональных резервов, что ведет к активации надсементарных уровней регуляции. Об истощении сегментарных звеньев регуляторного механизма свидетельствует ночное снижение средней мощности спектра в диапазонах ДВ и МВ-1.

Таким образом может быть сделан вывод о том, что эффективность профилактических мероприятий была выше у первого члена экипажа, где не отмечалось снижения резервных возможностей механизмов регуляции кровообращения. Этот вывод подтверждается результатми послеполетных исследований. Так, на 2-е сутки после посадки при одинаковой для обоих космонавтов среднесуточной частоте пульса (на 10 уд/мин выше предполетного уровня) у второго космонавта определяется выраженное напряжение регуляторных механизмов (среднесуточное значение ИН в 3 раза выше, чем у первого космонавта, а СКО в полтора раза ниже). Абсолютное значение мощности высокочастотной составляющей (ДВ) после полета у второго космонавта было в 7 раз ниже (0.05 и 0.37 секунд в квадрате соответственно), чем у первого, что свидетельствет о выраженной активации надсегментарных уровней регуляции (относительная мощность очень высокочасотного компонента (МВ-2) у него было достоверно выше, чем в предполетном периоде).

385-суточный космический полет

В космическом полете продолжительностью более года были получены данные о высокой стабильности среднесуточных значений частоты пульса и показателей вариабельности сердечного ритма. Из рис. 2 видно, что за 375 суток пребывания в невесомости при урежении частоты пульса на 6-8 уд/мин. СКО имеет лишь легкую тенденцию к снижению, а МВ-1 сохраняет свой предполетный уровень. Однако, при рассмотрении структуры суточного ритма у этого космонавта (см. рис. 3) совершенно четко выявляются нарушения синхронизации регуляторных механизмов с циклом сон-бодрствование и режимом труда и отдыха. До полета разница ЧП утром и ночью составляла более 20 уд/мин. На 197 и 375 сутки полета эта разница не превышала 5-6 уд/мин. Значения СКО на 375-е сутки полета в суточном цикле колеблются всего на 3-4 мс. (до полета и на 197-е сутки полета - более чем на 10 мс.). Относительная мощность вазомоторных волн к концу полета изменялась в течение суток всего на 1,5-2,0% по сравнению с 8-10% до полета и на 197-е сутки пребывания в условиях невесомости.

Рис. 2. Среднесуточные значения частоты пульса (ЧП), среднего квадратичного отклонения (СКО) и относительной мощности спектра медленных волн 1-го порядка (вазомоторных волн - МВ-1) на 197-е и 375 сутки космического полета.

Таким образом, несмотря на отсутствие изменений среднесуточных значений частоты пульса, СКО и МВ-1, внутрисуточные колебания этих показателей оказались весьма демонстративными для оценки состояния механизмов регуляции циркадианной динамики. Отсутствие закономерных внутрисуточных колебаний ЧП, СКО и МВ-1 в конце годового полета указывает на явления астенизации регуляторных механизмов, на снижение их функциональных резервов. В основном это касается, повидимому, высших нейро-гормональных уровней регуляции, которые обеспечивают перенастройку функциональных систем человека в соответствии с ритмом сон-бодрствование, уровнем физической и психоэмоциональной активности, изменением астрофизических параметров.

438-суточный космический полет

Рекордный по длительности космический полет врача-космонавта Валерия Полякова позволил более подробно изучить приспособительную деятельность регуляторных механизмов с использованием метода Холтеровского мониторирования (Baevsky, Moser, Nikulina, Polyakov et al., 1998). В этом полете были проведены 4 суточных записи ЭКГ на 185-е, 258-е, 358-е и 395-е сутки пребывания в невесомости. Среднесуточная динамика частоты пульса, СКО и МВ-1 представлена на рис. 4 А. Здесь урежение пульса в ходе полета было более значительным, чем в предыдущем случае, разница с предполетным уровнем на 395-е сутки полета составила более 20 уд/мин. Среднесуточная величина СКО после некоторого снижения в первой половине полета далее не уменьшалась, а росла и была к концу полета на 10 мс. выше предполетного уровня. Однако колебания среднесуточного уровня МВ-1 не превышали 2-3 % от предполетного уровня.

Внутрисуточные изменения частоты пульса и СКО (см. рис. 4 Б и В) в отличие от предыдущего случая были хорошо выражены, но в конце полета ночное урежение пульса достигало почти 10 уд/мин, а ночной рост СКО был более значителным, чем до полета. Примечательно, что внутрисуточные колебания МВ-1 к концу полета (см. рис. 4В) резко уменьшились и это, повидимому, как и в предыдущем случае, результат снижения функциональных резервов вазомоторного центра, обеспечивающего регуляцию артериального давления. Возможно, что существенное урежение частоты пульса в ночные часы суток, является одним из проявлений гипотонии (артериальное давление в конце полета было на 15-25 мм. ниже предполетного уровня (Baevsky, Moser, Nikulina, Polyakov et al., 1998). Вместе с тем рост СКО на фоне снижения МВ-1 указывает на возможную активацию более высоких уровней регуляторного механизма, поскольку относительная мощность ДВ существенно не возрастала. В условиях продолжающегося после полугодового пребывания на орбите падения сосудистого тонуса в нижней части тела и снижения барорефлекторной функции важное значение приобретает формирование новых механизмов поддержания артериального давления.

Наша гипотеза состоит в том, что одним из дополнительных компенсаторных механизмов может быть рост активности подкорковых симпатических центров, которые в свою очередь, по-видимому, активируются более высокими уровнями регуляции (рост мощности колебаний очень низкочастотного и ультранизкочастотного диапазона). Проведенные в том же полете баллистокардиографические исследования показали, что это предположение не лишено оснований (Баевский, Поляков, Мозер, 1998). Был обнаружен отчетливый рост амплитуды баллистокардиограммы в последние месяцы длительного полета. Мы связываем это с активацией высших вегетативных центров и передачей возбуждения на симпатические центры продолговатого мозга. Как известно, симпатические центры оказывают инотропное действие на миокард, повышая энергетические процессы в нем. Одновременно возбуждение высших вегетативных центров передается и на вазомоторный центр, который непосредственно влияет на сосудистый тонус. Это особенно важно потому, что вследствие снижения сосудистой афферентации происходит снижение барорефлекторной функции и при этом рост общей и внешней работы сердца (рост амлитуд баллисто- и сейсмокардиограммы) ведет к увеличению объемной скорости кровотока, что в условиях сниженной барорефлекторной функции оказывается единственным способом поддержания нормального артериального давления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С тех пор как J.Holter в 1961 г. опубликовал первые исследования по 24-х часовой регистрации электрокардиограммы существенно изменились как методология, так и принципы оценки результатов Холтеровского мониторирования. Применение этого метода в космической медицине показало необходимость дополнения широко распространенного клинического подхода к Холтеровскому мониторированию физиологическим подходом, в развитии которого важную роль играет анализ вариабельности сердечного ритма. 20-летний опыт использования Холтеровского мониторирования в системе медицинского обеспечения космических полетов свидетельствует в пользу комплексной клинико-физиологической оценки данных, особенно когда речь идет о практически здоровых людях, работающих в условиях хронических стрессорных воздействий. Анализ вариабельности сердечного ритма существенно дополняет традиционную клиническую интерпретацию электрокардиограммы, основанную преимущественно на оценке энерго-метаболических сдвигов в миокарде. В последовательности RR-интервалов содержится информация, о процессах, отражающих многоуровневую регуляцию физиологических функций. Нарушения регуляции, как известно, предшествуют нарушениям обмена веществ и энергии и, таким образом, позволяют прогнозировать клинически значимые изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы и других систем организма. Опыт космической медицины подтверждает это положение многочисленными примерами, некоторые из которых представлены выше.

Однако, важно отметить, что физиологический подход не исчерпывается задачами прогнозирования вероятных клинически значимых изменений. Он включает и оценку процессов адаптации организма к окружающим условиям. В данном случае речь идет об адаптации организма к необычным условиям длительного космического полета. Предложенная нами шкала балльных оценок, ориентированная на определение степени адаптации организма к условиям космического полета, вполне применима и в других областях физиологии и медицины. Донозологическая диагностика, т.е. оценка функциональных состояний на грани нормы и патологии, получает все более широкое распространение, а ее методология постоянно развивается. Холтеровское мониторирование при комплексном клинико-физиологическом подходе к интерпретации его результатов может быть с полным основанием включено в число методов донозологической диагностики. Тем самым весьма существенно расширяется сфера применения метода 24-х часовой регистрации ЭКГ (и других параметров).

Исследования в космосе наряду со своим прямым назначением всегда являлись стимулом к появлению новых теоретических подходов и новых технологий. В данном случае в использовании Холтеровского мониторирования в космической медицине отчетливо прослеживаются три этапа. Вначале это был традиционный клинический подход, когда Холтеровское мониторирование было нацелено на выявление клинически значимых отклонений при отборе и подготовке космонавтов, в предполетном и послеполетном периода, а затем и в ходе полета. На втором этапе, когда стала ясной неинформативность клинического подхода к такому специфическому контингенту как космонавты, был разработан клинико-физиологический подход. Он позволил лучше понять механизмы адаптации человека к комплексу стрессорных факторов и вывел Холтеровское мониторирование в число прогностических методов, позволяющих на основании раннего выявления нарушений процессов регуляции, предвидеть вероятные клинически значимые энерго-метаболические сдвиги. Наконец, третий этап, который начался в последние годы, характеризуется направленностью на многопараметрическую оценку 24-х часовых (и более продолжительных) записей физиологических функций, где ЭКГ является только одним из исследуемых параметров. Современный уровень вычислительной техники и электроники позволяет разрабатывать микроминиатюрные носимые, многоканальные регистрирующие, запоминающие и анализирующие устройства. Это открывает перспективу создания микромониторных систем для непрерывного слежения за функциональным состоянием человека. Возможно, что такие системы будут создаваться прежде всего для контроля за состоянием космонавтов, хотя вначале они должны будут пройти обширные испытания и апробацию в прикладной физиологии и клинической медицине. Мы стоим на пороге появления принципиально новых технологий контроля за здоровьем человека. Одним из исходных пунктов развития этих новых технологий было Холтеровское мониторирование, а космические исследования явились важным ускорителем научно-технического прогресса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авцын А.П. Адаптация и дизадаптация. Клиническая медицина. - 1974, 5. - С. 3-13.

2. Баевский Р.М., Никулина Г.А., Семенова Т.Д. Исследование суточной периодики физиологических функций для оценки состояния регуляторных систем организма при экстремальных воздействиях. Физиология человека, - 1977, 3, 2, - С. 387-393.

3. Баевский Р.М., Казначеев В.П., Диагноз донозологический. - М., 1978, БМЭ, - т.7., - С. 252-255.

4. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979. - 295 с.

5. Баевский Р.М. Принципы прогнозирования состояния здоровья космонавтов и результаты прогностических исследований во время длительных космических экспедиций. В кн.: Физиологические исследования в космосе, - М.: Наука, 1983. - C. 200-228

6. Баевский Р.М., Барсукова Ж В., Тазетдинов И.Г., Кибернетический анализ середечного ритма при пробе с физической нагрузкой у членов экипажей орбитальной станции «Салют-6». Кардиология, - 1983, 11. - С. 100-104

7. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ сердечного ритма при стрессе. - М., 1984. - 225 с.

8. Баевский Р.М., Никулина Г.А. К методике анализа данных Холтеровского мониторирования для оценки адаптационных возможностей системы кровообращения в условиях длительного космического полета. 2-ая Mеждународная научно-практическая конференция «Информатизация подготовки профессиональной деятельности операторов аэрокосмических систем», МО, - C. 255-256, 19-20 апреля 1995 г.

9. Баевский Р.М., Баевский А.Р., Лапкин М.М., Семенов Ю.Н., Шалкин П.В. Медико-физиологические аспекты разработки аппаратно-программных средств для математического анализа ритма сердца. // Российский медико-биологичеаский вестник. - 1996, 1-2. - С.104-113.

10. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. - М.: Медицина, 1997. - 236 с.

11. Баевский Р.М., Богомолов В,В., Гольдбергер А.Л., Никулина Г.А.,Чарльз Д.М. Вегетативный баланс и адаптация к условиям длительного космического полета по данным 24-часового мониторирования сердечного ритма. Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2000, 1. - С. 23-26

12. Баевский Р.М., Поляков В.В., Мозер М. Никулина Г.А., Фунтова И.И., Черникова А.Г. Адаптация системы кровообращения к условиям длительногой невесомости: баллистокардиографические исследования во время 14-месячного космического полета. Космическая биология и авиакосмическая медицина. - 1998, 3. - С. 23-30.

13. Воскресенский А.Д., Вентцель М.Д. Применение методов корреляционного анализа для изучения реакций сердечно-сосудистой системы человека в космическом полете на корабле «Восход-1». Космические исследования - 1965. 3, 6. - С. 927-934.

14. Григорьев А.И., Егоров А.Д. Теория и практика медицинского контроля в длительных полетах. Авиакосмическая и экологическая медицине. - 1997, 1. - С.14-25.

15. Жемайтите Д.И. Вегетативная регуляция синусового ритма сердца у здоровых и больных. В кн: Анализ сердечного ритма. - Вильнюс, 1982. - С. 22-32

16. Клецкин С.З. Математический анализ сердечного ритма. - М.: ВНИИМИ, 1979. -116 с.

17. Макаров Л.М. Метод оценки структуры циркадного ритма сердца при Холтеровском мониторировании. Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный симпозиум. - М., 1999. - С. 77-78

18. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. - М.: Наука, 1981. - 286 с.

19. Миронова Т.Ф., Миронов В.А. Клинический анализ волновой структуры синусового ритма сердца. - Челябинск, 1998. - 162 с.

20. Окунева Г.Н., Власов Ю.А., Шевелева Л.Т. Суточные ритмы газообмена и кровообращения. - Новосибирск: Наука, 1987. - 280 с.

21. Парин В.В., Баевский Р.М., Газенко О.Г., Волков Ю.Н. Космическая кардиология. - Л.: Медицина, 1967. -225 с.

22. Парин В.В., Баевский Р.М., Газенко О.Г. Достижения и проблемы современной космической кардиологии. Кардиология. - 1965. 5, 3, - С. 3-12.

23. Рябыкина Г.В., Соболев А.В. Вариабельность ритма сердца. - М.:Старко, 1998. - 200 с.

24. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. - М.: Медгиз, 1960. - 260 с.

25. Флейшман А.Н. Медленные колебания гемодинамики. - Новосибирск: Наука, 1990. - 253 с.

26. Хаспекова Н.Б. Регуляция вариативности ритма сердца у здоровых и больных с психогенной и органической патологией мозга. Автореф. докт. дисс. - М., 1996. - 48 с.

27. Baevsky R.M., Bennet B.S., Bungo M.W., Charles J.B., Goldberger A.L., Nikulina G.A. Adaptive responces of the Cardiovascular System to Prolonged Spaceflight Conditions: Assessment with Holter Monitoring. J. Cardiovasc. Diagn. Proc. 14, 2. - 1997. - Р. 53-57.

28. Baevsky R.M., Moser M., Nikulina G.A., Polyakov V.V., Funtova I.I., Chernikova A.G. Autonomic Regulation of circulation and cardiac contractility during a 14-month space flight. Acta Astronautica. - 1998, 42. - N1-8. - Р. 159-173.

29. Bigger J.T., Albrecht P., Steimann R.C., Rolnitzky L.M., Fleiss J.R. Comparison of time and frequency domain based measures of cardiac parasympathetic activity in Holter recordings after myocardial infarction. Am. J. Cardiol. 1988, 61: 208-215

30. Goldberger A.L, Bungo M.W., Baevsky R.M., Bennet B.S., Nikulina G.A. Charles J.B. Heart rate dynamics during long-term space flight: Report on Mir cosmonauts. Am. Heart J., 1994, 128:202-204.

31. Heart rate variability. Standards of Mesurement, Physioligical Interpretation and Clinical Use. Circulation, 1996, 93: 1043-1065

32. Holter H.J. New method for heart studies. Science, 1961, 134: 1214-1218

33. Lombardi F., Sandroni G., Mortara A., La Rovere M. Circadian variation of spectral indices of heart rate variabilitv after myocardial infarction. Am,Heart J., 1992, 123:1521-1524

34. van Ravenswaaij-Arts C.M., Kollee A.A., Hopman j.C.W. et al., Heart rate variability (review).- Annals of Internal Medicine, 1993, 1184, Р. 436-447,

35. Sayers B. Analisis of heart rate variability. Ergonomics. - 1973. - V.16. - N.1. - Р. 17-32.

Наверх

Российский Научно-Практический
рецензируемый журнал
ISSN 1561-8641

Санкт-Петербургское общество кардиологов им Г. Ф. Ланга
НИИК: www.almazovcentre.ru
ИНКАРТ: www.incart.ru