Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физиологические изменения в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Физиологические изменения в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии"

8 ОД

На правах рукописи

САМОЙЛОВА Людмила Николаевна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СИСТЕМЕ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ И ГАЗООБМЕНА В УСЛОВИЯХ ГИПОКИНЕЗИИ

03.00.13 - физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Нижний Новгород - 1997

Работа выполнена на кафедре токсикологии и медицинской защиты Военно-медицинского института ФПС России при Нижегородской государственной медицинской академии и в отделе адаптационной морфологии ЦНИЛ Нижегородской государственной медицинской академии

Научные руководители: доктор медицинских наук КРИШТОПЕНКО C.B.

кандидат биологических наук БИРЮКОВА О.В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук профессор

УСПЕНСКИЙ А.Н. кандидат биологических наук АРАТЕН С.М.

Ведущая организация: Марийский государственный университет

Защита диссертации состоится " -У " ООнО^ ¿оЦ 997г. в -/*/ часов на заседании диссертационного совета К 120.40.02 при Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии (603107, Н. Новгород, проспект Гагарина, 97)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан " 3/" еЛ-О^хРи^^ 997г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.б.н., доцент Асафова Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Гипокинезия, как фактор социальной среды, в условиях технотронного развития общества приобретает все большее распространение. Это и профессиональная гипокинезия, и гипокинезия, связанная с постельным режимом при заболеваниях, и гипокинезия, обусловленная малоподвижным образом жизни, и гипокинезия, связанная с пребыванием человека в длительных космических полетах, и гипокинезия сельскохозяйственных животных в период стойлового содержания.

В силу указанных причин оценка физиологических изменений функций органов и систем организма в условиях гипокинезии и своевременная коррекция гипокинетического синдрома уже давно рассматривается как одна из актуальных проблем экспериментальной физиологии человека и животных, а также практической медицины (Гуровский H.H. и соавт., 1967; Гаевская М.С. и соавт., 1976; Чоговадзе A.B., 1989; Hantman D.A. et al., 1971; Hulley S.B. et al., 1971 и др.). В решении этой проблемы важное место отводится разработке методов диагностики состояний органов и систем организма в условиях гипокинезии, особенно, в ее начальной стадии (Бутченко J1.A., 1972; Исеев JI.P., Бобров А.Ф., 1996; Graveline D.E. etal., 1961 и др.).

Сложность адаптационных процессов организма к условиям гипокинезии, их стадийный и фазный характер, предполагают формирование новых, нестандартных подходов к вопросам диагностики гипокинетического синдрома. Однако, до настоящего времени все еще не прослеживается единого методического подхода к оценке качества исходных данных и выбора адекватного метода для их анализа с учетом современных представлений метрологии, математической статистики и прикладной теории вероятностей.

Поэтому актуальность разработки универсальных методов распознавания изменений функционального состояния организма на разных уровнях его организации представляется очевидной. На начальном этапе решения данной проблемы мы считаем целесообразным отработку задач диагностики на примере одной функциональной системы, в качестве кото-

рой выбрана система внешнего дыхания и газообмена. Эта система по общепринятым оценкам является одной из ведущих систем в обеспечении нормальной жизнедеятельности и адаптации организма к стрессовым воздействиям, и органично взаимосвязана с другими функциональными системами (Гандельсман А.Б. и соавт., 1984; Галичий В.А., 1994; Robotham J.L., 1990; Van den Qardweg J.G., Karemaker J.M., 1991). Она же во взаимосвязи с системой кровообращения является определяющей и лимитирующей физическую работоспособность организма (Кучкин С.Н., 1983; Красников Н.П., 1984).

Таким образом, на основании приведенных доводов можно сделать заключение о том, что наряду со значительными общими достижениями в области изучения адаптационных реакций функциональных систем организма в условиях гипокинезии, остаются нерешенными вопросы разработки статистически адекватных методов исследования динамики и механизмов физиологических изменений показателей функциональной активности и структурной перестройки систем организма на разных уровнях его организации, что лежит в основе физиологической реализации адаптационного синдрома.

Учитывая изложенную актуальность рассматриваемой проблемы, целью данной работы ставилось решение научной задачи исследования динамики и механизмов изменений в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии.

Для достижения указанной цели решались следующие экспериментально-теоретические задачи:

1. Провести оценку качества исходных показателей системы внешнего дыхания и газообмена для исследования физиологических изменений в условиях гипокинезии.

2. Исследовать динамику и механизмы физиологических изменений показателей внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии.

3. Обосновать методические принципы и критерии распознавания начальных физиологических изменений функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии.

Научная новизна работы заключается в исследовании особенностей физиологического состояния и механизмов регуляции функций внешнего дыхания и газообмена у собак в норме и в условиях гипокинезии.

Впервые на репрезентативной выборке животных при повторной регистрации показателей внешнего дыхания и газообмена в разных условиях в течение 7 часового рабочего дня и осенне-зимне-весеннего сезонов года установлены вероятностные величины показателей видовой биологической нормы, определены количественные значения коэффициентов корреляции и параметров факторного анализа, которые можно использовать в качестве исходных критериев для решения задач исследования динамики изменений физиологических показателей в условиях гипокинезии.

При помощи факторного анализа методом главных компонент установлено, что по величине связи первого главного фактора с показателями внешнего дыхания и газообмена можно определить два альтернативных типа регуляции системы дыхания у собак - либо с преимущественной активностью показателей внешнего дыхания, либо -показателей газообмена. В физиологии дыхания животных это явление экспериментально установлено впервые и требует дальнейшего анализа и объяснения его сути и механизма реализации.

При помощи адекватных методов статистического анализа установлена типологическая динамика физиологических изменений показателей внешнего дыхания и газообмена, коэффициентов корреляции и параметров факторного анализа у собак в условиях гипокинезии. Наиболее выраженные отклонения средних величин исследованных показателей характерны для периодов 2-3, 6 и 8-11 недель гипокинезии. Критические периоды напряжения регуляции функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии проявились на 1, 4, 7 и 11 неделях.

С использованием в качестве теоретической основы последовательного анализа Вальда и формулы Байеса экспериментально-теоретически обоснованы принципы распознавания начальных физиологических изменений функционального состояния системы внешнего дыхания и газо-

обмена у собак в условиях гипокинезии. Установлено, что уже в первые сутки гипокинезии начальные изменения в исследуемой системе проявляются у 55.2%, к исходу 5 недели эти изменения выявлены у 90.5%, а к исходу 13 недели - у 100% подопытных животных.

Практическая значимость работы заключается в разработке и экспериментальном подтверждении методологических принципов и конкретных методов оценки качества физиологических показателей исходного функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена, а также их динамики и механизмов физиологических изменений в условиях гипокинезии.

Доказано, что в случае большого варьирования исходных показателей у интакгных животных метрологически обоснованным является использование в качестве критериальных значений средних величин биологической нормы при условии их нормального распределения для изучения типологической динамики количественных изменений в условиях гипокинезии.

Для практического применения на примере модели гипокинезии разработан алгоритм распознавания начальных физиологических изменений показателей функционального состояния органов и систем организма при воздействии стрессовых факторов.

Общие положения работы и алгоритм распознавания начальных физиологических изменений показателей функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии могут быть использованы для решения сходных задач при изучении функционального состояния других органов и систем организма животных и человека в условиях адаптации к воздействию стрессовых факторов разной этиологии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложенные и экспериментально обоснованные методические подходы к применению методов исследования динамики и механизмов физиологических изменений, а также функциональных связей показателей системы внешнего дыхания и газообмена позволяют на уровне современных требований метрологии, математической статистики и прикладной теории

вероятностей адекватно выполнять исследования и проводить анализ адаптации функциональных систем организма к условиям гипокинезии.

2. Экспериментально установленная динамика и механизмы изменений физиологических показателей системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии отражают проявление разных стадий адаптации организма, и могут быть использованы в качестве исходных данных для разработки методов коррекции гипокинетического синдрома у человека и сельскохозяйственных животных.

3. Методические принципы распознавания физиологических изменений, обоснованные на модели оценки изменений показателей внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии, могут быть использованы для распознавания изменений показателей функциональной активности систем организма человека и животных при адаптации к воздействию факторов разной этиологии.

Реализация результатов исследования

Основные научные положения и выводы нашли отражение в педагогическом процессе и научной работе на кафедре токсикологии и медицинской защиты Военно-медицинского института ФПС России при Нижегородской медицинской академии, на кафедре нормальной анатомии Нижегородской государственной медицинской академии, на кафедре физиологии животных Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии.

Результаты исследований реализованы в ходе выполнения плановой НИР Военно-медицинского института ФПС России при Нижегородской государственной медицинской академии 1995-96 г.г. «Механизмы адаптации и диагностика изменений в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии» и включены в совместный итоговый отчет о НИР кафедры токсикологии и медицинской защиты Военно-медицинского института ФПС России, кафедры нормальной анатомии и отдела адаптационной морфологии ЦНИИ НГМА.

Апробация работы

Основные результаты исследований обсуждены в ходе научных конференций Военно-медицинского института ФПС России при Нижегородской государственной медицинской академии (1992-1996 гг.); на научно-практической конференции "Актуальные проблемы военной и экстремальной медицины" (г. Москва - 4.03.1994); на Юбилейной 25-ой научно-практической конференции врачей (г. Нижний Новгород - сентябрь, 1994); в ходе участия в конкурсах научных работ профессорско-преподавательского состава и научных работников МО РФ (апрель, 1994) и академии ФПС России (апрель, 1995); на научно-практической конференции "Валеология. Научно-практические подходы к проблеме сохранения и развития здоровья у детей и взрослых. Формирование здорового образа жизни" (г. Нижний Новгород - 27.01. - 29.01.1997 г.).

Публикация результатов исследования

По теме диссертации опубликовано 6 работ, из которых 1 отчет о научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, который содержит 10 рисунков и 19 таблиц. Работа состоит из введения, пяти глав, включающих обзор литературы, описание методик исследований, результатов собственных исследований и обсуждения полученных результатов, выводов и практических рекомендаций. Список литературы содержит 164 источника на русском и 44 на иностранном языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследований

Экспериментальные исследования выполнены на взрослых беспородных собаках (самцах) общей численностью 107 животных. Подбор животных проводился по экстерьеру, возрасту (1,5-2,5 года) и весу (10-15 кг). После поступления в виварий животные проходили установленный карантин в

течение 10-14 дней и вакцинацию. Приучение животных к стандартным лабораторным условиям и регистрации показателей внешнего дыхания и газообмена проводилось на протяжении 14-16 дней.

Для практического применения разработанных методических принципов распознавания физиологических изменений применительно к людям, связанным с профессиональной гипокинезией, были выполнены исследования динамики показателей внешнего дыхания и газообмена у 68 водителей судов речного флота типа ОТ-800 и ОТ-2000 в начале и в конце навигационного периода общей продолжительностью около 6 месяцев. Средний возраст судоводителей ОТ-800 составил 34.22 ± 3.22 года (71% в возрасте до 35 лет и 14.3% в возрасте старше 40 лет), у судоводителей ОТ-2000 - 30.63 ± 2.87 (38% до 35 лет и 10% старше 40 лет). У большинства обследованных (60%) стаж работы составил от 4 до 8 лет.

В ходе экспериментально-теоретического обоснования основных положений работы применялись физиологические, биохимические, клинико-инструментальные и статистические методы исследований.

Вентиляция и газообмен у животных изучались с помощью метода спирографии с регистрацией на спирографе типа "Метатест-1". Животные дышали через специально сконструированную маску из пористой резины с фиксацией маски резиновыми бинтами. Определяли параметры дыхательной системы: частоту дыхания (ЧД в мин), дыхательный объем (ДО, л), минутный объем дыхания (МОД, л/мин), потребление кислорода (П02, л/мин), вентиляционный эквивалент, равный отношению минутного объема дыхания к потреблению кислорода (ВЭ= М0Д/П02), коэффициент использования кислорода - отношение потребления кислорода к минутному объему дыхания (КИ02= П02/М0Д), кислородный пульс -отношение потребления кислорода к частоте сердечных сокращений (КП= П02/ЧСС). Полученные данные приведены к температуре 0°С и давлению 760 мм рт.ст. при отсутствии водяных паров (5ТРО).

Электрокардиографические исследования проведены с использованием электрокардиографов марки ЭЛКАР-6 и ЭЛКАР-4. Запись ЭКГ у собак проведена в стандартных отведениях от конечностей, при наложении электродов в проксимальной трети бедра. В стандартных отведениях регистрировали предсердно-желудочковую проводимость (P-Q,c), длительность электрической систолы (Q-T,c) и частоту сердечных сокращений (ЧСС в мин). Запись потенциалов сердца проведена с игольчатых электродов.

Количество глюкозы, белка, мочевины и холестерина крови определено биохимическими методами А.И.Пурсановой.

Экспериментальные исследования гипокинезии проводились в осенне-зимне-весенний период. Изучаемые показатели регистрировались в течение 7 часового рабочего дня с 9 до 16 часов.

На трех контрольных группах общей численностью 50 животных было изучено влияние фактора, обусловленного указанными сезонами года на исследуемые показатели внешнего дыхания и газообмена. Изучение устойчивости показателей внешнего дыхания и газообмена на протяжении 7-ми часового рабочего дня проводилось на выборке из 15 контрольных животных с интервалом регистрации показателей в один час. Собаки контрольной группы содержались в обычном режиме вивария.

Динамика показателей внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии в течение 23 недель была изучена на серии из 42 животных. Состояние гипокинезии моделировали на животных при помощи специальной гипокинетической клетки с изменяющимся внутренним объемом конструкции И.Г.Красных и соавт. (1974) в модификации Н.К.Эделевой и Ю.С.Дятлова (1978).

Для оценки соответствия распределения показателя нормальному закону применяли критерии хи-квадрат Пирсона, Колмогорова-Смирнова, асимметрии и эксцесса, критерии W и среднего абсолютного отклонения (CAO) для выборок малого объема. Для вычисления характеристик показателей, распределение которых отличается от нормального закона, применялись непараметрические методы статистического анализа. Для оценки величины и направленности связи между отдельными показателями

в норме и в условиях гипокинезии в наших исследованиях применялся множественный корреляционный анализ. Для оценки достоверности и силы влияния изучаемых факторов на результативные признаки применялся дисперсионный анализ. Исследование факторной структуры изучаемых показателей в реализации функций системы внешнего дыхания и газообмена, а также некоторых других систем организма проводилось при помощи факторного анализа методом главных компонент.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Метрологическая оценка исходных показателей внешнего дыхания и газообмена для исследования физиологических изменений в условиях гипокинезии.

Одним из составляющих в понятии метрологии показателей является их устойчивость и воспроизводимость в стандартных лабораторных условиях. Для выполнения этой задачи был спланирован эксперимент, в ходе которого у собак проводилась повторная регистрация показателей внешнего дыхания и газообмена в течение 7 часового рабочего дня. Полученные результаты привели к выводу о том, что однократная регистрация у интактных собак показателей внешнего дыхания и газообмена по причине их большой вариабельности не позволяет установить их истинную величину, пригодную для использования в качестве критериального значения нормы с целью последующей диагностики функциональных изменений при воздействии изучаемых факторов, в том числе и гипокинезии.

Для оценки качества показателей и выбора биологической нормы необходимо установить вероятностные интервалы варьирования исследуемого показателя с учетом вида распределения выборки и характер взаимосвязи между показателями в заданных экспериментальных условиях. Так как заданные экспериментальные условия по изучению гипокинезии характеризуются двумя факторами (продолжительностью рабочего дня и сроками исследования гипокинезии по сезонам года), то репрезентативная выборка показателей внешнего дыхания и газообмена в количестве 300 наблюдений была получена путем повторной регистрации случайным

образом в разное время рабочего дня и сезонов года исследуемых показателей у 107 собак (табл.1).

Таблица 1

Значения критериев оценки качества и биологической нормы показателей внешнего дыхания и газообмена у собак

Критерии Показатели внешнего дыхания и газообмена

качества чд ДО МОД по2 ВЭ кио2 КП

АБ 1.19 0.94 2.04 0.55 5.20 0.97 0.71

Ех 2.91 2.68 9.56 -0.11 25.30 1.36 0.41

х2 180.3 4.71 62.44 17.96 230.5 55.1 27.3

У% 34.2 52.8 67.8 50.8 330.2 62.1 55.5

X табл. 1Р=0.10)_ 11.3 6.25 9.12 13.28 10.50 11.35 11.35

Вид у=^х & п >> У=х035 у=^х У = 1§х у = х0'35

преобразо-

вания

Ав 0.21 -0.01 -0.12 0.49 -0.50 -0.06

Ех -0.08 -0.03 -0.28 0.23 0.19 -0.63

х2 6.72 4.64 6.96 7.14 7.52 7.70

V0/» 11.6 29.2 17.8 18.3 17.4 20.8

2 % табл(Р=0.10) 7.78 7.78 7.78 7.78 7.78 7.78

X ± Бх 1.250 0.811 0.529 1.640 -1.630 1.175

(после ± ± + + ± +

преобразо- 0.145 0.237 0.094 0.300 0.283 0.245

вания)

Диапазон 17.8 0.38 6.5 0.162 43.6 0.023 1.585

колебаний (9.2-н (0.03^- (2.2-г (0.048 + (11.3 (0.007 (0.353 -

при Р=0.05 34.2) 0.87) 18.8) 0.380) -н 4.220)

169.0) 0.084)

Примечание: - показатель асимметрии; Ех - показатель эксцесса; у/ - критерий хи-квадрат; V - коэффициент вариации; X ± Бх - среднее и среднеквадратическое отклонение; Р - вероятность нулевой гипотезы.

В ходе исследований взаимосвязи между показателями в норме по значениям коэффициентов корреляции доказана их стабильность как в течение 7 часового рабочего дня, так и в период осенне-зимне-весеннего сезонов года. Коэффициенты корреляции, вычисленные по репрезентативной

случайной выборке интактных животных, были приняты в качестве видовой биологической нормы (табл. 2).

Таблица 2

Значения коэффициентов корреляции между показателями внешнего дыхания и газообмена у собак в заданных условиях эксперимента, принятые в качестве биологической нормы

Показатели ЧД ДО МОД П02 ВЭ КИ02 КП

чд 1.00

ДО -0.16 1.00

МОД 0.36** 0.81** 1.00

П02 0.00 0.27 0.22 1.00

ВЭ 0.22 0.48** 0.58** -0.47** 1.00

кио2 -0.24 -0.36** -0.42** 0.39** -0.59** 1.00

кп -0.09 0.18 0.10 0.84** -0.47** 0.42** 1.00

Выявленные количественные характеристики коэффициентов корреляции между показателями внешнего дыхания и газообмена у собак в норме могут быть приняты в качестве критериальных значений для распознавания типологических изменений на уровне регуляции функций при воздействии стрессовых факторов, включая гипокинезию.

Анализ значений накопленного процента вклада трех главных факторов в общую функциональную структуру показывает стабильность всех трех факторов. Первый главный фактор в течение всего срока наблюдения обеспечивает на 41.6-54.4% функциональную активность системы внешнего дыхания и газообмена, первые два фактора - на 68.6-79.4%, а первые три фактора - на 85.0-96.0% формируют факторную структуру признаков. В результате исследований установлен интересный феномен регуляции функционального состояния дыхательной системы. Сущность его заключается в том, что в норме система внешнего дыхания и газообмена может находиться в двух альтернативных состояниях, характеризующихся преимущественной активностью либо функций внешнего дыхания, либо функций газообмена. Первый тип регуляции функции внешнего дыхания и газообмена, характеризует такое состояние показателей, при котором первый главный фактор в большей степени связан с показателями внешнего

дыхания (для ДО - [1=0.90, для МОД - 11=0.97), чем с показателями газообмена (для П02 - Я=-0.22, для КП - 11=-0.20). Второму типу регуляции, наоборот, в большей степени присуща связь с первым главным фактором показателей газообмена (для П02 -11=0,95, для КП - Я=-0.93), чем показателей внешнего дыхания (для ДО - 11=-0.03, для МОД - 11=0.20). Причины существования выявленного феномена пока остаются не раскрытыми, что требует дальнейшего анализа и исследования скрытых механизмов регуляции функций внешнего дыхания и газообмена у человека и животных.

В целом, после выполнения данного блока экспериментально-теоретических исследований были сформированы метрологически корректные исходные данные в виде вероятностных видовых величин показателей внешнего дыхания и газообмена у собак, пригодные для решения задач исследования динамики и механизмов физиологических изменений исследуемых показагелей в условиях гипокинезии.

2. Динамика и механизмы физиологических изменений показателей внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии.

Этот блок экспериментально-теоретических вопросов включал анализ методов распознавания типологической динамики изменений показателей внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии, так как от использования определенных методических подходов к решению данной задачи зависят как получаемые результаты, так и их теоретическое трактование. В данном случае проводился анализ трех методических подходов к установлению динамики изменений исследуемых показателей в условиях гипокинезии, в ходе которого доказано, что метрологически целесообразно использовать в качестве исходных значений средние вероятностные величины видовой биологической нормы и проводить анализ изменений показагелей при помощи ^критерия Стьюдента для связанных выборок.

Изучение типологической динамики показателей внешнего дыхания и газообмена проводилось при планировании эксперимента по следующей схеме. У каждого животного опытной группы (п=42) в исходном состоянии, а

затем на 1,3,5,7,9 сутки и в конце каждой недели гипокинезии в течение 23 недель регистрировались показатели внешнего дыхания и газообмена, ЭКГ, а также проводили отбор проб крови для определения некоторых биохимических показателей (общего белка, мочевины, холестерина и глюкозы).

Исследована и проанализирована динамика каждого показателя внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии (см.табл.З).

Таблица 3

Величины средней разности между средними видовыми и наблюдавшимися в условиях гипокинезии показателями внешнего дыхания и газообмена

Время гипокинезии чд ДО МОД по2 вэ КИО, хЮ КП

1 сутки 3.29* 0.01 0.77 0.05 -6.33* 9.96* 0.829

3 сутки 6.44* -0.02 1.81 0.04 5.45 6.63 0.161

5 сутки 3.51* -0.05 0.24 0.02 0.76 11.37* -0.088

7 сутки 3.40* -0.03 0.79 0.02 4.23 3.95 -0.096

9 сутки 4.22* -0.06 0.15 0.03 -2.88 7.32* 0.141

2 неделя 3.45* -0.02 1.11 0.08* -4.07 15.19** 0.477

3 неделя 3.00* -0.05 -0.08 0.08* -12.32* 16.79** 0.616*

4 неделя 2.91* -0.05 -0.05 0.04 -5.97 11.15** 0.445

5 неделя 1.74 -0.06 -0.58 0.00 3.12 11.95** -0.104

6 неделя 3.93 -0.07* -0.45 -0.04* 11.27* 10.24* -0.481**

7 неделя 1.27 -0.07* -0.39 -0.02 2.35 9.68* -0.367*

8 неделя 2.50 -0.08* -0.72 -0.01 -3.13 6.22* -0.406**

9 неделя 3.34 -0.10* -0.74 -0.01 -4.09 8.63* -0.204

10 неделя 2.84 -0.10* -0.85 0.00 -8.66* 14.75* -0.171

11 неделя 2.57 -0.10* -1.02* -0.02 -5.63 8.53 -0.276

12 неделя 2.60 -0.09* -0.81 -0.02 1.82 3.69 -0.436*

13 неделя 8.42 -0.06 0.94 -0.02 1.76 6.80 -0.229

14 неделя 4.31 -0.11* -0.38 -0.01 0.59 3.91 -0.471

15 неделя 4.07* -0.06 0.50 -0.01 10.50 -0.77 -0.286

16 неделя 8.36 -0.06 1.42 -0.01 10.84 -2.29 -0.466

17 неделя 4.84 -0.09 0.66 0.00 1.61 1.25 -0.237

18 неделя 2.10 -0.09 -0.82 -0.01 -3.60 4.38 -0.364

19 неделя 7.22 -0.11* 0.03 -0.03 12.35 0.14 -0.552*

20 неделя 2.89 -0.05 0.68 -0.01 5.00 1.33 -0.443

21 неделя 3.82 -0.08 0.22 -0.02 12.03 4.40 -0.471*

22 неделя 4.22 -0.11 -0.91 -0.01 6.22 11.25 -0.435

23 неделя 1.47 -0.10 -0.97 -0.01 8.40 9.50 -0.337

Анализ динамики взаимосвязи между показателями внешнего дыхания

и газообмена у собак в условиях гипокинезии (рис.1) позволил выявить

фазы напряжения регуляторных функций в течение начального этапа 1-9 сутки, в середине наблюдения на 6 неделе и на конечном этапе гипокинезии после 14 недели, В целом, значимое изменение величин коэффициентов корреляции следует рассматривать как диагностические признаки распознавания типологической динамики изменения функционального состояния исследуемой системы на уровне регуляторных механизмов.

Факторная структура связи показателей внешнего дыхания и газообмена с первым главным фактором у собак в условиях гипокинезии, выявленная при помощи факторного анализа методом главных компонент, позволила рассматривать усиление связи с первым главным фактором одновременно показателей внешнего дыхания (ДО и МОД) и газообмена (П02 и КП) в качестве диагностического критерия напряжения регуляторных механизмов системы. Нарушение нормальных соотношений по данному критерию проявилось уже в первые сутки гипокинезии и в дальнейшем характеризовалось колебательной динамикой изменений на 5 и 9 сутки, на 6, 14, 17 и 18 неделях наблюдения.

Анализ результатов исследования связи ведущих показателей системы внешнего дыхания и газообмена у собак (МОД и П02) с некоторыми показателями функций сердца и биохимического состава крови в условиях гипокинезии позволил выявить определенные закономерности регуляции функционального состояния организма на системном уровне. Так, на 4, 7, 9 и 11 неделях наблюдения явно прослеживаются инвертные пики величин коэффициентов корреляции между показателями внешнего дыхания и газообмена и показателями функций сердца, что можно расценивать как критические периоды гипокинезии в отношении функционального состояния данных систем организма.

Динамика коэффициентов корреляции показателей МОД и П02 с биохимическими показателями крови, особенно П02 с белком и глюкозой, позволяет проследить на 3-4 и 7-9 неделях наблюдения почти одновременное возникновение разнонаправленных положительных и отрицательных

-0. Бг

Рнс. I. Динамика коэффициентов корреляции между ведущими показателями внешнего дыхания н газообмена в условиях гипокинезии ( - МОД-ПОг; ----МОД-К11; ------- ПО2-КИО2)

пиков, что можно рассматривать как конкуренцию двух путей энергетического обеспечения организма (белкового и гликолитического). А формирование на 11 неделе сразу двух положительных пиков данной связи можно объяснить срывом компенсаторных реакций энергетического обеспечения организма на данном этапе гипокинезии.

Результаты факторного анализа отражали динамику изменений коэффициентов корреляции указанных показателей. Так, например, за пиком связи ПОг-белок на 7 неделе гипокинезии последовало усиление связи мочевины с первым главным фактором на 8-9 неделе, как свидетельство активации процессов распада белка.

В целом, проведенные исследования взаимосвязи показателей внешнего дыхания и газообмена с некоторыми показателями функций сердца и биохимического состава крови позволили выявить критические периоды гипокинезии в отношении напряжения процессов системной регуляции функций организма на 1, 4, 7 и 11 неделях гипокинезии. Сравнивая полученные данные с результатами типологической динамики изменения показателей внешнего дыхания и газообмена, можно заметить, что нарушения регуляторных механизмов предшествуют изменениям абсолютных значений средней разности исследуемых показателей.

3. Методические принципы распознавания начальных физиологических изменений функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии.

В основу методических принципов был положен алгоритм распознавания начальных изменений показателей функционального состояния организма, разработанный с учетом требований метрологии и основных положений математической статистики.

Теоретической основой для разработки данного метода явился последовательный анализ Вальда с использованием формулы Байеса для вычисления вероятности заданного состояния организма (Гублер Е.В., 1978; Бройтман В.И. и соавт., 1991). Для экспериментального обоснования предложенного методического подхода была проведена диагностика

индивидуальных начальных изменений функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии.

Анализ частот проявления эффекта начальных изменений (см. табл.4) показывает, что уже в первые сутки гипокинезии происходит нарушение функции системы внешнего дыхания и газообмена у 55.2% экспериментальных животных. А сам процесс начальных нарушений исследуемых показателей растягивается до 13 недели, что подтверждает факт существования индивидуальной устойчивости системы внешнего дыхания и газообмена у отдельных собак к гипокинезии, так как у большинства подопытных животных (90.5%) начальные изменения сформировались уже к исходу 5 недели наблюдения.

Таблица 4

Частоты появления изменений показателей внешнего дыхания и

газообмена у собак в разные сроки гипокинезии

Сроки гипокинезии Частоты эффектов, % Накопленные частоты эффектов, %

1 сутки 55.2 55.2

3 сутки 48.2 63.0

5 сутки 25.0 66.7

7 сутки 55.0 72.5

9 сутки 36.8 73.7

2 недели 48.4 80.6

3 недели 53.7 85.7

4 недели 23.1 88.5

5 недель 33.3 90.5

6 недель 33.3 90.5

7 недель 31.6 90.5

8 недель 34.7 90.5

9 недель 37.5 90.5

10 недель 25.0 90.5

11 недель 35.3 94.1

12 недель 53.8 94.1

13 недель 50.0 100.0

14 недель 54.5 100.0

15 недель 53.8 100.0

В результате проведения исследований динамики изменения показателей внешнего дыхания и газообмена у 68 судоводителей речного

флота в начале и в конце навигации доказана возможность использования обоснованных принципов распознавания физиологических изменений на модели гипокинезии у собак применительно к людям, подверженным фактору профессиональной гипокинезии.

ВЫВОДЫ

1. В результате выполненных экспериментально-теоретических исследований установлена динамика и механизмы физиологических изменений в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии, что еще раз подтверждает соответствие ответной реакции данной физиологической системы при гипокинезии фазам общего адаптационного синдрома. Так, ведущий показатель внешнего дыхания (минутный объем дыхания) характеризовался волнообразными колебаниями с достоверным уменьшением среднего значения на 15.8% на 11 неделе гипокинезии. В динамике ведущего показателя газообмена (потребления кислорода) выявлены достоверный положительный пик изменений на 49.4% на 2-3 неделе и достоверный отрицательный пик изменений на 24.5% на 6 неделе с устойчивой тенденцией к снижению до окончания срока гипокинезии. Динамика изменений других показателей газообмена (вентиляционного эквивалента, коэффициента использования кислорода и кислородного пульса) в целом отражала динамику показателя потребления кислорода.

2. На основании экспериментальных данных, полученных на репрезентативной выборке животных (собак) проведена метрологическая оценка исходных показателей системы внешнего дыхания и газообмена и обоснованы вероятностные видовые величины биологической нормы исследуемых показателей для исследования физиологических изменений в условиях гипокинезии. Доказано, что в случае большого варьирования исходных показателей у интактных животных метрологически обоснованным является использование в качестве критериальных значений средних величин биологической нормы при условии их нормального распределения. Установлены критериальные величины биологической нормы показателей связи внешнего дыхания и газообмена.

Достоверно значимыми оказались связи показателей ВЭ и ДО №=0.48), ВЭ и МОД (11=0.58), КИ02 и ДО (Я=-0.36), КИ02и МОД (В=-0.42). Впервые установлены по величине связи первого главного фактора с показателями внешнего дыхания и газообмена два альтернативных типа регуляции системы дыхания у собак - либо с преимущественной активностью показателей внешнего дыхания (11мод=0.97, 11по2=-0.22), либо показателей газообмена (11мод=-0.20, 11по2=0.95).

3. Установлено, что наиболее выраженные отклонения средних величин исследованных показателей характерны для периодов 2-3, 6 и 8-11 недель гипокинезии. По результатам проведения корреляционного и факторного анализа методом главных компонент обоснованы критерии распознавания типологической динамики показателей исследуемой системы. Выявлены критические периоды напряжения регуляции функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии на 1, 4, 7 и 11 неделях.

4. Разработан алгоритм с использованием в качестве теоретической основы последовательного анализа Вальда и формулы Байеса для обоснования методических принципов и критериев распознавания начальных физиологических изменений функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии. Экспериментально установлено, что уже в первые сутки гипокинезии начальные изменения в исследуемой системе проявляются у 55.2% собак, к исходу 5 недели эти изменения выявлены у 90.5%, а к исходу 13 недели - у 100% подопытных животных.

5. Общие положения работы и алгоритм распознавания начальных физиологических изменений показателей функционального состояния системы внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии могут быть использованы для решения сходных задач при изучении функционального состояния других органов и систем организма человека и животных в условиях адаптации к воздействию гипокинезии.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для исследования динамики и механизмов физиологических изменений функционального состояния органов и систем организма животных и человека рекомендуется пользоваться методическими принципами, разработанными на примере модели гипокинезии у собак по показателям системы внешнего дыхания и газообмена.

2. Экспериментально установленные на репрезентативной выборке вероятностные величины видовой биологической нормы показателей внешнего дыхания и газообмена у собак, имеющих известное параметрическое распределение, а также количественные значения величин их взаимосвязи и параметров факторного анализа методом главных компонент рекомендуется использовать в качестве исходных данных для решения задач исследования динамики физиологических изменений в исследуемой системе при адаптации к воздействию стрессовых факторов.

3. Выявленную динамику показателей внешнего дыхания и газообмена, а также их взаимосвязи у собак в условиях гипокинезии рекомендуется использовать в качестве модели для прогноза изменений функционального состояния дыхательной системы у человека в сходных условиях воздействия изученного стрессового фактора.

4. Методические принципы распознавания физиологических изменений, обоснованные на модели оценки изменений показателей внешнего дыхания и газообмена у собак в условиях гипокинезии, рекомендуется использовать для распознавания изменений показателей функциональной активности систем организма человека и сельскохозяйственных животных при адаптации к воздействию факторов разной этиологии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование корреляции некоторых показателей, обеспечивающих функцию кардио-респираторной системы в норме // Диагностика, профилактика и лечение заболеваний сельскохозяйственных животных: Сб. научн. трудов. - Н.Новгород., 1994. - С. 150-152. (Соавт. Монахова В.Т., Криштопенко C.B.).

2. Исследование корреляции некоторых показателей, обеспечивающих функцию кардио-респираторной системы в норме и при тяжелых физических нагрузках // Актуальные проблемы военной и экстремальной медицины: Тез. докл. на Всероссийской научно-практич. конф. (г. Москва, 24-25 мая 1994г.). - М., 1994. - С. 92-94. (Соавт. Криштопенко C.B., Монахова В.Т.).

3. Особенности функционального состояния дыхательной системы судоводителей буксиров - толкачей большой мощности // Актуальные вопросы военной медицины и подготовки военных врачей: Тезисы докл. Юбилейной научн. конф. ППС, посвященной 30-летию ВМФ. - Н.Новгород, 1995 (Инв. №79038). - С. 227-229. (Соавт. Бирюкова О.В.).

4. Динамика показателей газообмена и вентиляции судоводителей буксиров - толкачей на протяжении навигации // Актуальные вопросы военной медицины и подготовки военных врачей: Тезисы докл. Юбилейной научн. Конф. ППС, посвященной 30-летию ВМФ. - Н.Новгород, 1995 (Инв. №79038). - С. 230-231. (Соавт. Бирюкова О.В.).

5. Гипокинезия как фактор здоровья. Механизмы адаптации и диагностика гипокинезии // Валеология. Научно-практические подходы к проблеме сохранения и развития здоровья у детей и взрослых. Формирование здорового образа жизни: Тез. докл. на Всеросс. научн.-практ. конф. (г.Н.Новгород, 27-29 января 1997г). - Н.Новгород, 1997. - (в печати). (Соавт. Криштопенко C.B.).

6. Механизмы адаптации и диагностика изменений в системе внешнего дыхания и газообмена в условиях гипокинезии // Итоговый отчет о НИР Военно-медицинского института ФПС России при НГМА (Инв. № 78967). -Н.Новгород, 1997. - 121 с. (Соавт. Криштопенко C.B., Бирюкова О.В.).