Хроноструктура биоритмов сердца и факторы внешней среды

В течение месяца после географического  перемещения наблюдается количественное изменение функциональной асимметрии. Еще вначале 60-х годов Халберг начал изучение эффекта межконтинентальных полетов на циркадианную ритмику организма. В течение нескольких месяцев круглосуточно проводились измерения до, после и в течение трансконтинентальных полетов. Были установлены следующие важные закономерности (Halberg, 1969; Halberg et al., 1989):

     -циркадианный тип  асимметрии: сдвиги ритма АД наступают  быстро в ответ на изменение  расписания на 6 и более часов.  Однако адаптация происходит  в течение нескольких дней;

     -при циркадианной  прямой асимметрии адаптация  человека при запаздывании расписания наступает быстрее, чем при опережении;

    -при циркадианной полярности  некоторые показатели организма  при изменении расписания обнаруживают отставание, тогда как другие - опережение акрофазы;

    -при межиндивидуальной  циркоспонтанной асимметрии сдвиги  ритма отдельного индивида различаются в реакции на одно и то же изменение расписания в различное время или у различных лиц в то же самое время.

Нужно отметить, что перемещение в иной часовой пояс изменяет характеристики средне- и низкочастотных колебаний, а также влияет на высокочастотные характеристики психофизиологических процессов. По мнению Моисеевой Н.И. и Сысуева В.Н. (1981) транс меридианный перелет относится к воздействиям, вызывающим изменение всех временных масштабов, в которых существует человеческий организм.

Таким образом, следует заключить, что  все параметры ритмов физиологических  характеристик организма, а именно, фазы, периоды и амплитуды отдельных ритмических составляющих, не остаются постоянными после перелета в широтном направлении. Внешняя десинхронизация приводит к перестройке временной структуры организма, в процессе которой может возникнуть внутренняя десинхронизация (последняя не является устойчивой).

Многие  авторы отмечают этапность процесса десинхроноза и, как правило, выделяют 3 фазы: первая фаза характеризуется  преимущественно внешним десинхронозом, вторая - острым внутренним десинхронозом, а на третьей, самой продолжительной фазе, внешняя и внутренняя десинхронизация окончательно купируется (Евцихевич А.В., 1970; Алякринский Б.С., 1970, 1975; Матюхин В.А. и др., 1976, 1983; Ежов С.Н., 1979; Путилов А.А., 1982).

Десинхронизация циркадианных колебаний физиологических  функций после трансмеридионального перелета неизбежна, степень ее отрицательного воздействия на организм человека зависит от индивидуальных особенностей биоритмов и может быть изменена правильным подбором режима жизнедеятельности в прежней и новой временной зоне.  Данная форма десинхроноза представляет наибольшую опасность для летчиков, занятых на транс меридианных перелетах, когда десинхроноз принимает хроническую форму с длительными и стойкими нарушениями цикла сон-бодрствование.

  Конкретные рекомендации по преодолению  десинхронизирующих эффектов дальних перемещений приведены во многих публикациях (Алякринский Б.С., 1975; Степанова С.И., 1977; Моисеева Н.И. и др., 1978; Ежов С.Н., 1979; Катинас Г.С., Моисеева Н.И., 1980; Матюхин В.А. и др., 1983; Fabbro G.D., 1970,  и др.).

1.4.4.Десинхронозы во время орбитальных космических  полетов

Космос  является прекрасным  полигоном  для исследований многих технических и научных проблем, в том числе, биологических и медицинских. Именно космические полеты впервые дали возможность достаточно детально изучить явление десинхроноза, доставляющего космонавтам ряд неприятностей психологического и соматического плана. Неудивительно, что сотрудникам Института медико-биологических проблем   Минздрава России принадлежат многочисленные  публикации о нарушениях хроноструктуры биологических ритмов (см. Н.А.Агаджанян, 1967). В работах Б.С.Алякринского (1975, 1980) и С.И.Степановой (1977, 1986) показано, что сдвиг фазы ритма сна-бодрствования во время космических полетов неизбежно приводит к развитию десинхроноза - болезненного состояния, обусловленного резким рассогласованием циркадианных ритмов жизненных функций друг с другом. Однако, это не единственная причина возникновения десинхроноза. На протяжении полета проявляется значительное воздействие такого источника десинхроноза как невесомость. Происходит кумуляция  эффектов, которая значительно повышает возможность перехода десинхронизации ритмов сна-бодрствования  на более высокий уровень десинхроноза.

В своем дневнике космонавт П.И.Климук (1979) описывает свое состояние в Космосе следующим образом: “У нас с напарником был мигрирующий режим.   После выхода мы работали ночью, а днем отдыхали. Кроме этого, ежедневно мы ложились спать на 30 минут раньше и на следующий день начинали рабочий день примерно на 30 минут раньше, чем в предыдущий”. Эта, казалось бы,  “минутная мелочь” за два месяца полета передвинула время сна космонавтов почти на полтора суток. Таким образом, появились симптомы десинхроноза, проявившиеся в повышенной сонливости, несмотря на то, что сон в целом длился 8-9 часов, затем  состояние усугубилось ощущением непреходящей выраженной усталости. Эти же симптомы беспокоили многих других отечественных и американских космонавтов. Коррекция состояния достигалась лишь тогда, когда экипажам  рекомендовали работать в ритме земных суток.

Вот как об этом пишет космонавт Г.М.Гречко: “...главное, на мой взгляд, что помогло  нам сохранить хорошее рабочее  настроение в течение трех месяцев - это качественное изменение в  организации труда на станции. Впервые  экипаж имел возможность работать в земном ритме. Практически все три месяца твердо выдерживался режим дня, привязанный к Московскому времени”.

Фундаментальные исследования С.И.Степановой (1977), Б.С.Алякринского (1983), Б.С.Алякринского и С.И.Степановой (1985) убедительно показали, что процесс приспособления организма человека к суткам разной продолжительности (16-часовым, 23-часовым, 23,5-часовым, 25-часовым, 48-часовым) практически всегда сопровождается десинхронозом разной степени тяжести.

Данные, полученные в этих исследованиях, после их тщательного анализа позволили прийти к выводу о высокой устойчивости 24-часового ритма сна и бодрствования и о значительных трудностях, возникающих при перестройке этого ритма на ритмы иной (в ряде случаев весьма близкой к 24-часовой) продолжительности суточного периода. Kleitman E., and Kleitman N. (1953); Lewis P.R., Lobban M.C. et al. (1954) указывают на то, что человеческий организм трудно поддается воздействию искусственного цикла короче или длиннее 24 часов. И чем сложнее организм, тем труднее происходит процесс адаптации к новому режиму.

Экспериментальные исследования, проведенные  на животных, показали, что большую  информативность имеет хроноструктура ритмов циркаминутного диапазона. Hecht K. et al. (1976, 1977, 1981); Kwarecki et al. (1980) ; Sinz R., Isenberg G., (1972) предполагают, что возникновение околоминутных ритмов связано с регуляцией метаболических процессов, в частности, белкового синтеза.

В исследованиях  К.Гехта и Е.Вахтеля (1989) было обнаружено, что определенный профиль минутных ритмов детерминируется фазами циркадианного ритма. При сильных нагрузках на организм эта зависимость нарушается. Подобные нарушения отмечаются также после сдвига фазы ритма свет-темнота. В процессе адаптации к новому состоянию фазы время - датчика естественная взаимосвязь циркадианных минутных ритмов восстанавливается, причем у крыс в фазе максимума  циркадианной активности (в темный период суток) процесс восстановления протекает медленнее, чем в фазе минимума (в светлое время суток). Поэтому минутные ритмы, регистрируемые в фазе максимума активности этих животных, являются более чувствительным и надежным индикатором уровня достигнутой адаптации, чем те же ритмы, фиксируемые в фазе минимума.

Интересные результаты по этой проблеме получены при исследовании циркадианных ритмов обезьян, ведущих ночной образ жизни (Rappold I., Erkert H.G., 1994).

Кроме рассогласования ритма сон-бодрствование,  анализ огромного материала, накопленного в космической медицине за последние 40 лет, позволяет высказать ряд нетрадиционных положений о действии на организм невесомости и ее моделировании длительной гипокинезией. Приспособление организма космонавта к невесомости можно рассматривать как адаптивно-компенсаторный процесс, имеющий несколько этапов (Воложин А.И., 1996).  1-й этап – предадаптация (фаза первичных реакций), во время которого  переход от нормальной или повышенной гравитации к невесомости рассматривается как физиологическая реакция организма на отсутствие силы тяжести. 2-ой этап приспособления – компенсаторный. Он заключается в восстановлении нарушенного гомеостаза путем энергетической перестройки, направленной на осуществление реакций, необходимых для выживания и функционирования организма в новых условиях. В этот период развития адаптационного синдрома могут возникать элементы патологии, что закономерно при переходе к новой форме адаптации. Так например, в работе Коваленко Е.А. с соавт. (1971-1995) описан  ряд четких нарушений транспорта О₂  и биоэнергетики, отмечаются многочисленные разрушения тканей, клеток, митохондрий и рибосом даже после коротких полетов. Имеются данные о нарушениях функции и морфологии сердца, гемодинамики и наличии застоя крови в верхней части тела, в мозге и малом круге кровообращения. Отмечаются разнообразные проявления остеопороза, существенные нарушения водно-солевого обмена и предпосылки камнеобразования в почках.  Таким образом, не отрицая наличия многочисленных проявлений адаптации и дезадаптации,  Коваленко Е.А. (1995) выдвигает концепцию возможности развития новой нозологической единицы при длительной невесомости– “болезни невесомости”, а при длительном  ограничении подвижности – “болезни гипокинезии”. На 3-ем этапе приспособления устанавливаются параметры организма, обеспечивающие существование в невесомости.  4-ый этап приспособления – возвращение космонавта на Землю в условия “гипергравитации”.  Это процесс зеркальный по отношению к адаптации к невесомости. Следует отметить, однако, что 2-ой – 3-ий этапы приспособления Воложин А.И. и другие авторы не рассматривают как элемент патологии, поскольку все изменения, отмечаемые другими авторами, не распространяются на весь организм и не препятствуют осуществлению космонавтом его деятельности. По мнению Волошина и др. дезадаптация некоторых систем является нормой функционирования организма в условиях невесомости, подобное состояние  не является болезнью и его не следует выделять в качестве новой нозологической единицы. Выводам Волошина и др. не противоречат исследования Капланского А.С. и Дурновой Г.Н. (1996), которые проводили многочисленные морфологические и биохимические исследования на крысах, находящихся различное время на биологических спутниках Земли “Космос” и американской космической медико-биологической лаборатории СЛС-2.  Проводя исследования крыс через 5 час   – 2 суток от начала полета, эти  авторы пришли к выводу,  что сама по себе  невесомость не вызывает у животных развития интенсивного хронического стресса. Только в результате возвращения на Землю (4-ый этап) обычные земные нагрузки воспринимаются детренированным организмом животных как чрезвычайные и приводят к развитию острого гравитационного стресса. Последний характеризуется  увеличением кортикостерона в крови, нейтрофилезом, лимфопенией, эозинопенией, повышением секреторной активности ядер гипоталамуса и АКТГ-клеток гипофиза, повышением активности ферментов синтеза катехоламинов в надпочечниках, акцидентальной инволюцией лимфоидных органов с массовым распадом лимфоцитов в тимусе, мобилизацией жира из жировых депо и повышением уровня триглицеридов и неэстерифицированных жирных кислот в крови. По данным других авторов (Бедненко В.С., Стукаков Г.П., 1995;  Федоров Б.Л., Носков В.Б., 1986 и др.) вопрос о заметном влиянии длительного пребывания в невесомости на состояние внутренних органов, о состоянии резервов регуляции их функций остается открытым и требует дальнейшего изучения.

Методика хронодиагностики состояния  космонавтов с учетом полученных экспериментальных данных позволяет своевременно корректировать хроноструктуру разнопериодических ритмов показателей различных систем организма.

Следующим, не менее важным аспектом космической биоритмологии (как, впрочем, и подбора экипажей в авиации, в спорте и др.) является учет специфики индивидуальной хронобиологической адаптации. К.Гехт с соавт. (1989, 1989а) проведили эксперимент с приматами на биоспутнике “Космос -1514” : две обезьяны макаки-резусы находились в полете, а одна была участницей наземного исследования с имитацией полетных условий.   Авторы обнаружили, что наличие широкого спектра четко взаимосвязанных ритмических показателей  у одной из трех обезьян  способствовало лучшей переносимости экспериментальных условий. Другая обезьяна уже в исходном состоянии оценивалась по показателям минутных ритмов как тип патологический с явно выраженными признаками хронического десинхроноза - состояния, характеризующегося крайней неустойчивостью к нагрузкам. После окончания полета состояние этой обезьяны соответствовало 2-му этапу развития острого десинхроноза. Третья обезьяна отличалась низкой пластичностью организации функций:  рабочий спектр ее минутных ритмов был представлен одной единственной частотой. Это и предопределило развитие острого десинхроноза даже в условиях имитации полета. В эксперименте на биоспутнике “Космос 1129” впервые было проведено изучение отношения минутных ритмов как сенсорных, так и моторных функций к циркадианному максимуму и минимуму активности. Условия космической невесомости и последующего перехода к условиям земной гравитации вызывали более заметные нарушения минутных ритмов, чем факторы наземной имитации полетных условий в синхронном эксперименте, причем в обоих случаях наибольшая деформация структуры  минутных ритмов отмечалась в период максимума циркадианной активности, что может использоваться как критерий оценки функционального состояния организма.

Очевидно, что в космических  кораблях, рассчитанных на сверхдальние длительные межпланетные полеты, необходимо создавать автономные системы, имитирующие полностью или частично ритмические колебания прежней  среды обитания путешественников. В течение суток и года на космическом корабле должны изменяться освещенность, температура, давление, магнитное поле и другие внешние датчики времени в ритме, характерном для земных условий,  для  нормального функционирования экипажей и предотвращения развития патологий, связанных с десинхронозом из-за отсутствия этих воздействий.

 В то же время,  нельзя  не учитывать, что на человека  на Земле действуют и апериодические факторы внешней среды, например, спорадические изменения геофизических факторов, роль которых в развитии десинхронозов оказывается также немаловажной. Эти факторы могут оказывать воздействие и на экипажи межпланетных космических станций, причем в условиях существования других стрессовых воздействий их  роль существенно возрастает, как будет показано в одном из следующих разделов.

1.4.5. Десинхроноз, связанный с эктремальными природными условиями

Экстремальные условия, например,  высокогорье,  непосредственно влияют на организм и предъявляют к нему особые требования. В основе адаптивных реакций сердца в  высокогорных условиях лежат количественные и качественные изменения функционирующих и резервных структур ткани миокарда, а также перестройка резервных систем. Следует отметить, что главным содержанием концепции Меерсона Ф.З. (1981) является активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках органов и систем, ответственных за адаптацию, вследствие интенсификации функционирования в экстремальных условиях. Эта активация приводит к формированию структурных изменений, которые принципиально увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию. Именно здесь автор видит основу перехода от срочной адаптации к долговременной.

В работе Абдылдабекова Т.К. и М.Т.Туркменова (1975) показано отличие акрофаз показателей  гемодинамики у жителей низко- и  высокогорья. То есть гипоксический  фактор, его действие на организм в  определенном заданном режиме является тренирующим и корригирующим фактором, приводящим к формированию долговременной адаптации (Зволинский П.В., Ломакин Ю.В., 1995). Таким образом, отмечает Матыев Э.С. (1991), резко повышается значимость исследований адаптации человека к гипоксии, причем к гипоксии нарастающей.

Необходимо заметить однако, что  при горной гипоксии на организм действуют не только сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе, но и ряд других факторов, таких как пониженная влажность и температура воздуха, повышенная ультрафиолетовая радиация, отрицательная ионизация воздуха, присутствие в нем аэрозолей растительного происхождения (Алиев М.А., Бекболотова А.К., 1987). Совокупность этих факторов вместе с гипоксией вызывает изменение сопряженности процессов окисления и фосфорилирования, повышает роль гликолиза в энергообмене, приводит к повышению энергозатрат организма, распаду триацилглицеринов, трансформации липидного обмена с уменьшением содержания в крови липопротеидов низкой плотности и увеличением липопротеидов высокой плотности, снижает холестеринемию и т.д. (Яковлев В.М., 1989).

В результате действия указанных факторов в организме развивается десинхроноз и многоэтапная адаптация к горной гипоксии, проходящая три фазы: аварийная мобилизация адаптивных реакций (первые 2-3 недели пребывания в горах, причем длительность этой фазы определяется индивидуальной реактивностью организма), когда повышается уровень функциональной активности различных систем, а также энерготраты организма; переходную фазу и стабильную фазу, когда функциональная активность сердечно-сосудистой системы приближается к равнинному уровню (Миррахимов М.М., 1979, 1986; Миррахимов М.М., Агаджанян Н.А., 1974; Миррахимов М.М., Гольдберг П.Н., 1979; Миррахимов М.М., Иейманалиев Т.С., 1984).