Актовая речь

МОСКВА
ОКТЯБРЬ 2005

 

Введение

“Наука движется толчками в зависимости от успехов, делаемых методикой. С каждым шагом методики мы поднимаемся ступенью выше, с которой открывается нам более широкий горизонт с невидимыми ранее предметами”

И.П. Павлов

Когда готовился полет Ю.А. Гагарина на мою долю выпала разработка системы медицинского контроля, выбор методов исследования и создание бортовой аппаратуры. Это была очень ответственная миссия, которая выполнялась под непосредственным руководством Василия Васильевича Парина и Олега Георгиевича Газенко. Первый полет человека в космос ставил перед учеными и инженерами трудные и взаимно противоречивые проблемы. Ученые хотели получить как можно больше информации о реакции различных систем организма на воздействие факторов космического полета. Инженеры и конструкторы должны были резко ограничить пожелания ученых в связи с лимитированием объема и веса бортовой аппаратуры, ее энергопотребления и возможности передачи данных по телеметрическим каналам на Землю. Сергей Павлович Королев вначале выделил медикам всего один телеметрический канал, но затем, благодаря многочисленным поездкам в Подлипки и длительным переговорам, удалось получит целых четыре канала. Для того времени это была большая удача.

Аппаратура “Вега”, установленная на корабле “Восток”, в первом космическом полете обеспечивала регистрацию электрокардиограммы в двух отведениях, пневмограммы и пульсовых колебаний объема голени (плетизмограммы голени). Таким образом, программа медико-физиологических измерений в этом полете была практически полностью ориентирована на исследование системы кровообращения. Подобная ориентация сохраняется и до настоящего времени, поскольку сердечно-сосудистая система с ее регуляторным аппаратом может рассматриваться как индикатор адаптационных реакций всего организма. Этот подход был сформулирован и научно обоснован еще в 60-е годы (В.В. Парин, Р.М. Баевский, Ю.Н. Волков, О.Г. Газенко, 1967).

Однако в то время, в 60-е годы, нельзя было и мечтать об установке на борт космического корабля современной клинико-физиологической аппаратуры, а тем более о проведении сложных экспериментов в условиях космического полета. Уже тогда мы стали искать пути повышения информативности физиологических исследований в космосе. Одним из способов повышения информативности получаемых данных является развитие новых методов их анализа. Первые полеты в космос дали импульс созданию нового метода анализа электрокардиограммы - измерению колебаний длительности сердечного цикла от удара к удару. В условиях невесомости у животных была отмечена выраженная вариабельность ритма сердечных сокращений. Значительные колебания продолжительности кардиоинтервалов наблюдались и во время орбитальных полетов у Ю.А. Гагарина и Г.С. Титова. Эти изменения могут рассматриваться в связи с процессами управления в системе автоматического регулирования, где управляющим звеном является головной мозг, а управляемым – внутренние органы и анализаторы. Подобная концепция обеспечивает возможность экспериментального исследования процессов управления физиологическими процессами в организме путем изучения колебаний сердечного ритма и других показателей.

Возникшая в космической медицине около 40 лет назад идея анализа вариабельности RR-интервалов электрокардиограммы с целью изучения механизмов регуляции кровообращения оказалась очень плодотворной, и, как известно, в настоящее время анализ вариабельности сердечного ритма в нашей стране и во всем мире является одной из самых популярных методик и широко используется в различных областях медицины и физиологии. Общепризнано, что анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) является интегральным методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека и животных, в частности общей активности регуляторных механизмов, нейрогуморальной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов является результатом многоконтурной и многоуровневой реакции системы регуляции кровообращением, изменяющей во времени свои параметры для достижения оптимального приспособительного ответа, который отражает адаптационную реакцию целостного организма.

Благодаря исследованиям вегетативной регуляции кровообращения в космосе возникла и получила признание новая научная концепция оценки и прогнозирования функциональных состояний организма. Эта концепция, развиваемая в нашем институте более четверти века, становится все более популярной, приобретает все больше последователей. Она положена в основу принятой Минздравом России концепции здоровья и отраслевой программы укрепления здоровья здоровых людей (Приказы МЗ РФ № 113 и № 114 от 21.03.2003). Именно этому новому походу к оценке функциональных состояний организма и его развитию применительно к задачам космической медицины я и хотел бы посвятить свой доклад на торжественном заседании Ученого Совета Института в день его 42 - летия. На таких заседаниях уже стало традицией обсуждать наиболее значимые направления работы, наиболее важные достижения. Я думаю, что проблема оценки и прогнозирования функциональных состояний организма в длительных космических полетах представляет интерес не только для современной космонавтики, но и крайне важна для ее дальнейшего развития, поскольку, как сказал наш великий соотечественник К.Э. Циолковский “Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством, вначале робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет все околоземное пространство”.

1. 
   Состояние здоровья как объект оценки и прогноза
   

Исследование переходных состояний между здоровьем и болезнью означает изучение самого процесса такого перехода, знание тех этапов, стадий, фаз, которые, как ступеньки, ведут от здоровья к болезни. Переход от нормального физиологического состояния болезненному, патологическому - это переход от одного качественного состояния к другому, или макроскачек. Но в рамках этого макроскачка может быть несколько качественных превращений в виде микроскачков (Г.И. Царегородцев, 1966). Применительно к этому уместно привести крылатую фразу В. Гете “Говорят, будто между двумя противоположными мнениями лежит истина. Ни в коем случае! Между ними лежит проблема”. Проблема, которую мы обсуждаем, относится к наиболее сложному объекту природы - организму человека, функциональное состояние которого формируется в результате его взаимодействия с окружающей средой, т.е. является результатом процесса адаптации организма к условиям среды. И.М. Сеченов писал: “Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него”. По представлениям И.П. Павлова “…животный организм как система существует среди окружающей природы только благодаря непрерывному уравновешиванию этой системы с внешней средой, т.е. благодаря определенным реакциям живой системы на падающие на нее раздражения”. Таким образом, переходные между здоровьем и болезнью так называемые донозологические состояния следует рассматривать как процесс последовательного перехода организма через разные степени адаптации к условиям среды, как качественные микроскачки, предшествующие макроскачку.

Существует значительное число определений здоровья. В большинстве случаев все они исходят из того, что здоровье является конкретным, качественно специфическим состоянием человеческого организма, обеспечивающим достижение им своего функционального оптимума. Этот оптимум отражает двойственную - биологическую и социальную природу человека и определяется соответствующими внутренними и внешними условиями (возраст, пол, профессия, наследственность, географические, социальные, экономические и другие факторы). В уставе Всемирной Организации Здравоохранения здоровье определяется как состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только как отсутствие болезни или физических дефектов. В общебиологическом плане здоровье - это гармоническое единство всевозможных обменных процессов между организмом и окружающей средой и, как результат этого, согласованное течение разнообразных процессов внутри самого организма, проявляющееся в оптимальной жизнедеятельности его органов и систем (А.Д. Адо, Г.И. Царегородцев, 1970). Понятие “здоровье” в физиологическом смысле обычно отождествляется с понятием “норма” и как конкретное специфическое состояние означает отсутствие существенных отклонений от нормы основных жизненно важных показателей. Однако, в силу индивидуальных, возрастных, половых, профессиональных и прочих различий между людьми не существует всеобщей нормы.

Понятие нормы, как и понятие здоровья, должно быть строго индивидуализировано. Можно утверждать, что каждый человек здоров по-своему и его индивидуальная норма зависит от многих факторов: возраста, пола, местожительства, профессии и т.п. Однако среди множества физиологических и биохимических показателей существует и ряд таких, которые имеют однородные значения у подавляющего числа здоровых людей и являются своеобразной характеристикой вида Homo Sapiens. К ним, например, относятся величина артериального давления, значение РН крови, количество эритроцитов и др. Все эти показатели отражают сложившееся в ходе эволюции уравновешивание систем внутри организма (гомеостаз), обеспечившее выживание и развитие вида. Выход за пределы нормы этих показателей указывает на нарушение гомеостаза, т.е. на полом адаптационного механизма и, следовательно, на развитие болезни. По мнению основоположника учения о гомеостазе К. Бернара, основные параметры, которые должны постоянно поддерживаться во внутренней среде организма в определенном диапазоне -это вода, кислород, температура, питательные вещества.

Переход от физиологической нормы к патологическим состояниям проходит ряд стадий, на которых организм пытается приспособиться к новым для него условиям среды путем изменения уровня функционирования (УФ) отдельных органов и систем. Для того, чтобы в новых условиях сохранить существующий УФ или перестроиться на более адекватный УФ, требуется определенная степень напряжения (СН) регуляторных механизмов, направленная на мобилизацию функциональных резервов (ФР). Под функциональными резервами мы понимаем информационные, энергетические, метаболические ресурсы организма, обеспечивающие его конкретные адаптационные возможности. Для того чтобы мобилизовать эти ресурсы при изменении условий окружающей среды необходимо определенное напряжение регуляторных систем. Именно степень напряжения регуляторных систем, необходимая для сохранения гомеостаза, определяет текущее функциональное состояние человека.

Процессы адаптации направлены на выработку оптимальной стратегии живой системы, обеспечивающей ее гомеостаз (В.П. Казначеев, 1973). По определению Большой советской энциклопедии “Адаптация - процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к условиям среды”. Существует несколько аспектов в определении термина “адаптации” (Г.И. Царегородцев, 1975): а) адаптация используется для обозначения отношения равновесия, которое устанавливается между организмом и средой; б) адаптацией называют процесс, при котором организм приспосабливается к новой среде; в) под адаптацией понимается результат приспособительного процесса; г) адаптация связывается с какой-то определенной целью, к которой стремится организм. В философском смысле адаптация как одно из фундаментальных свойств живой материи является результатом и средством разрешения внутренних и внешних противоречий жизни, она формируется на грани жизни и смерти, здоровья и болезни, за счет их столкновения и взаимоперехода (Т.Г. Дичев, К.Е. Тарасов, 1976).

Процесс адаптации организма к условиям среды завершается определенным исходом. Если действующий фактор невелик по силе или его воздействие было кратковременным, организм при относительно небольшом напряжении механизмов регуляции может сохранить удовлетворительную адаптацию, т.е сохранить свою оптимальную настройку. В случае чрезвычайной силы воздействий или их большой продолжительности возникает выраженное напряжение регуляторных систем, которое требуется для мобилизации ФР организма и включения соответствующих защитных приспособлений, которые обеспечивают необходимый конечный эффект (П.К. Анохин, 1962). Перенапряжение систем регуляции может привести к срыву адаптации с неадекватным изменением уровня функционирования основных систем организма к нарушению гомеостаза с появлением патологических синдромов и заболеваний. Способность организма адаптироваться к новым условиям или его адаптационные возможности зависят от запаса его ФР, от его возможности своевременно их мобилизовать и тем самым предотвратить истощение регуляторных механизмов.

Понятие адаптационных возможностей организма включает два аспекта: диагностический и прогностический. Первый отражает текущее состояние организма, запас его функциональных резервов и соответствующее им напряжение регуляторных систем. Второй характеризует потенциальную возможность организма к выполнению той или иной деятельности. В этой связи следует остановиться на понятии “цены адаптации”, которое было введено В.П. Авцыным ( 1975). На одно и то же воздействие разные люди в зависимости от своих ФР отвечают различным напряжением регуляторных систем. В одних случаях истощение регуляторных систем наступает очень быстро, в других случаях организм способен при том же воздействии длительное время сохранять “гомеостаз” без значительного напряжения механизмов регуляции. “Плата” за адаптацию, которая вышла за пределы “биосоциального бюджета” и требует от организма все новых усилий, ведет к поломке адаптационного механизма. Поэтому важно знать какой ценой обеспечивается сохранение гомеостаза при адаптации организма к новым необычным условиям среды.

Адаптационные возможности организма - это показатель уровня здоровья. Они определяются по степени адаптации организма к условиям среды. Можно условно выделить следующие состояния организма:

- состояние удовлетворительной адаптации;

Распознавание указанных функциональных состояний, отражающих исходы адаптивного поведения, получило название донозологической диагностики, так как при этом определяются состояния, предшествующие развитию нозологических форм заболеваний. Именно в этом и состоит прогностический аспект донозологической диагностики, которая, распознавая текущее функциональное состояние организма по показателям СН и ФР, тем самым определяет адаптационные возможности организма, прогнозирует его способность к сохранению гомеостаза основных жизненно важных систем и органов.

Практическая реализация идей донозологической диагностики в космической и профилактической медицине, в физиологии труда и спорта потребовала разработки четкой и понятной классификации функциональных состояний, учитывающей новые подходы к представлениям о здоровье и болезни на основе теории адаптации и учения о гомеостазе. Еще в начале 80-х годов прошлого столетия, когда донозологическая диагностика делала свои первые шаги, был найден удачный классификатор здоровья, получивший название "Светофор". Этот классификатор стал популярным в системе массовых донозологических обследований населения (см. рис.1). Выделение зеленой, желтой и красной зон здоровья позволяет характеризовать функциональное состояние человека с точки зрения риска развития болезни. Шкала "Светофор" хорошо понятна каждому человеку, будь то водитель или пешеход. ЗЕЛЕНЫЙ означает, что все в порядке, можно двигаться дальше без опасений. Не требуется никаких специальных мероприятий по профилактике и лечению. ЖЕЛТЫЙ указывает на необходимость повышенного внимания к своему здоровью. Функциональное состояние организма таково, что "нужно остановиться и осмотреться, прежде чем двигаться дальше". Иными словами, здесь речь уже идет о необходимости проведения оздоровительных и профилактических мероприятий, о более внимательном отношении к своему состоянию. Следует обратить внимание на то, что желтая зона включает две группы функциональных состояний: состояния функционального напряжения и состояния перенапряжения, которые соответствуют состояниям неудовлетворительной адаптации. Таким образом дифференцируются собственно донозологические состояния от преморбидных, требующих более глубокого медицинского обследования. Наконец, КРАСНЫЙ показывает, что дальше двигаться нельзя, необходимо провести серьезные мероприятия в отношении своего здоровья. Здесь необходима диагностика, а затем и лечение возможных заболеваний.


Рис. 1. “Лестница состояний“ и система оценки функциональных состояний типа “Светофор”

Представленная классификация функциональных состояний характеризует четыре уровня здоровья, четыре уровня адаптационных возможностей организма. Здесь существенно важным является то, что неопределенное понятие пограничных состояний получает конкретный смысл на основе представлений об адаптации и гомеостазе. Как видно из рис.1, в рамках этой упрощенной схемы была создана достаточно тонко дифференцированная 10-балльная шкала функциональных состояний (“лестница состояний”), которая в терминах степени напряжения регуляторных систем позволяет давать оценку и прогноз функциональных состояний организма, пограничных между нормой и патологией.

2. 
   Методология и методы оценки и прогнозирования функциональных состояний на грани нормы и патологии
   

Сложная функциональная система – живой организм - формируется на основе системообразующего фактора из множества компонентов с беспорядочным взаимодействием (П.К. Анохин, 1973). Для любой системы таким фактором является конкретный результат ее деятельности. Следовательно, в функциональной системе “структура-функция-состояние” в качестве системообразующего фактора можно рассматривать “состояние”. В представленной на рис. 2 трехмерной модели живой системы одной их координат является функциональное состояние организма, две другие координаты образуют структура и функция. Структура живых систем - это специфическая эволюционно и генетически обусловленная иерархия все более сложных материальных субстратов, представляющих собой основу для развертывания жизненных функций. Существует большое число разнообразных классификаций структурных единиц живой системы. Мы выбрали наиболее часто применяемую классификацию, включающую пять уровней: субклеточный, клеточный, органно-системный, организменный и надорганизменный (М.И. Сетров, 1971). Функция живой системы – это способ поведения, в результате которого обеспечивается поддержание целостности структур и который включает в себя последовательные уровни организации обмена веществ, обмена энергией и информацией и процессы временной организации.

Рис. 2. Трехмерная модель живой системы (Р.М. Баевский, 1979).

Независимо от того, рассматриваем ли мы отдельную клетку, орган или целостный организм, их функционирование можно описать единым алгоритмом, включающим четыре этапа: 1) обновление структур с затратой энергии и вещества; 2) образование и расход энергии в соответствии с командами управления; 3) прием, переработка и передача командной (сигнальной) информации, обеспечивающей регулирование процессов обмена веществ и энергообмена; 4) временное согласование структурного, энергетического и информационного уровней функционирования. Патологические отклонения возможны на любом из указанных уровней. Однако развитие патологии в огромном большинстве случаев проходит последовательно через следующие стадии: а) временное рассогласование; б) нарушение информационных потоков; в) нарушение обмена энергией; г) нарушение обмена веществ; д) разрушение структур. Как известно, современная нозологическая классификация болезней основана в основном на оценке последних трех стадий и лишь частично использует стадию нарушения информационных потоков. Однако переход от здоровья к болезни начинается с временного рассогласования процессов функционирования и изменений .информационного обмена, то есть с нарушения процессов управления физиологическими функциями организма. Поэтому клиническая медицина в принципе не может заниматься оценкой уровня здоровья. Эта проблема в настоящее время решается донозологической диагностикой, учитывающей изложенный выше методологический подход.

Состояние целостного организма как результат деятельности функциональной системы определяется оптимальностью управляющих воздействий, способностью управляющих механизмов обеспечивать уравновешивание организма со средой, его адаптацию к условиям среды. Адаптационно - приспособительная деятельность организма требует затрат энергии и информации, в связи с чем можно говорит о “цене адаптации”, которая определяется степенью напряжения регуляторных механизмов и величиной израсходованных функциональных резервов. Происходящее в процессе адаптации изменение уровня функционирования системы или ее элементов не всегда ведет к нарушению гомеостаза, если не возникает перенапряжения регуляторных механизмов и не истощается функциональный резерв.

Таким образом, функциональное состояние организма можно характеризовать тремя параметрами: УФ, СН и ФР. Взаимосвязь этих параметров определяется уравнением УФ = СН х ФР. В зависимости от соотношения этих параметров можно выделять различные градации функциональных состояний. Число таких градаций может быть сколь угодно велико, и мы произвольно выбрали 10 условных градаций. Однако, в рамки этих условных 10 градаций логично вписываются три качественно разных уровня напряжения регуляторных систем: напряжение, перенапряжение и истощение механизмов регуляции. Переход от донозологических состояний к патологическим происходит через перенапряжение и истощение систем регуляции, образуя в зоне неудовлетворительной адаптации довольно обширный класс так называемых преморбидных состояний. Именно здесь можно наблюдать “стыковку” интересов физиологов и врачей.

Проблема “предболезни” уже давно находится в сфере внимания клинической медицины. Серьезный вклад в развитие этой проблемы был сделан еще в 20-е годы известным врачом Н.А. Андреевым, который в своей книге “Начало болезни” впервые поставил вопрос о необходимости широкого диспансерного обследования здоровых людей с целью выявления у них начальных и скрытых проявлений болезни. Латентные и субклинические стадии заболеваний выделяются давно, но их глубокое изучение с учетом этиологических факторов фактически было начато И.В. Давыдовским (1962). Сейчас понятие “предболезнь” в подавляющем числе случаев связывается лишь с началом конкретного заболевания. Так, говорят о предраковых заболеваниях, предынфарктном, предгипертоническом состояниях. Клиницисты изучают и развивают проблему предболезни с позиции нозологического подхода. При этом основное внимание обращается на изменения в организме, которые можно рассматривать как начальное звено патогенеза определенного заболевания. Такой патогенетический подход к предболезни значительно более прогрессивен, чем подход симптоматический или даже синдромальный, когда преморбидные состояния связывают с вероятными в будущем заболеваниями на основе одного лишь анализа фактического сочетания имеющихся патологических признаков и симптомов. Здесь важно отметить, что отсутствие диагнозов или симптомов, которые можно интерпретировать в терминах патологии, с точки зрения клинициста, дает основание отнести пациента в категорию здоровых людей. Например, такие распространенные признаки, как физическое или умственное переутомление, либо находятся за пределами клинической интерпретации, либо рассматриваются как симптомы уже имеющихся или развивающихся заболеваний.

Переход от здоровья к болезни является самой сложной теоретической и практической проблемой медицинской науки. От ее решения зависит вся организация здравоохранения и оказания медицинской помощи населению. До сих пор она решалась в рамках нозологического подхода: рассматривался один класс здоровых людей и множество классов заболеваний. Космическая медицина дала стимул развитию донозологического подхода, при котором рассматривается множество классов (уровней) здоровья и один класс - болезнь (как результат нарушения, срыва механизмов адаптации). Вместе с развитием новой методологии оценки здоровья развивались и конкретные методы ее практической реализации. Еще в 60-е годы в космической медицине, как уже отмечено во вступлении, получила развитие концепция о сердечно-сосудистой системе как об индикаторе адаптационных реакций всего организма. Тогда же были разработаны методы оценки активности различных звеньев механизма регуляции системы кровообращения на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Здесь мы остановимся более подробно на этих вопросах.

Сердечно-сосудистая система с ее многоуровневой регуляцией представляет собой функциональную систему, конечным результатом деятельности которой является обеспечение заданного уровня функционирования целостного организма. Обладая сложными нервно-рефлекторными и нейрогуморальными механизмами, система кровообращения обеспечивает своевременное адекватное кровоснабжение соответствующих структур. При прочих равных условиях можно считать, что любому заданному уровню функционирования целостного организма соответствует эквивалентный уровень функционирования аппарата кровообращения. Подобную тесную зависимость можно объяснить с позиций биокибернетики на основе трехуровневой модели управления в организме, предложенной С.И. Брайнесом, В.В. Свечинским и др. (1974). Выделяют три звена управления: управляющее, управляемое и согласующее. При этом согласующее звено решает задачу отыскания оптимального режима внутренней среды в соответствии с критерием, заданным управляющим звеном. Результатом деятельности согласующего звена являются требуемые значения физиологических параметров, которые служат исходными заданными значениями для работы систем гомеостаза. В такой модели к управляющему звену можно отнести центральную нервную и вегетативную нервную системы, гуморально-гормональные подсистемы. Управляемыми звеньями можно считать все висцеральные системы, обеспечивающие энергетические и обменные процессы в организме, и системы, обеспечивающие взаимодействие организма с внешней средой (перемещение в пространстве, локомоторные акты, межличностное и социальное общение, трудовую активность).

Согласующим звеном между управляющим и управляемым звеньями является сердечно-сосудистая система. Благодаря тонким и чувствительным аппаратам саморегуляции она активно участвует во всех проявлениях жизнедеятельности, обеспечивая необходимый конечный результат работы управляющего и управляемого звеньев, реагируя на малейшие изменения потребностей отдельных органов и систем, согласовывая кровоток в них с гемодинамическими параметрами на организменном уровне. Оценка и прогнозирование функционального состояния целостного организма по данным исследования сердечно-сосудистой системы основывается на следующих положениях: 1) Гемодинамические изменения в различных органах и системах возникают раньше, чем соответствующие функциональные нарушения; 2) Информационные процессы в механизме регуляции сердечно-сосудистой системы изменяются раньше, чем появляются энергетические, метаболические или гемодинамические сдвиги; 3) Исследование процессов временной организации, координации и синхронизации информационных, энергетических и гемодинамических процессов в сердечно-сосудистой системе позволяет выявлять самые начальные изменения в управляющем звене целостного организма.

Одним из первых методов исследования механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы явился анализ вариабельности сердечного ритма. Для оценки степени напряжения регуляторных механизмов из традиционных методов могли бы использоваться биохимические способы определения содержания кортикостероидов и катехоламинов в крови и моче. Но трудоемкость этих методов и невозможность их широкого использования, в частности в производственных условиях, а тем более в космическом полете, вынуждает искать другие подходы. Одним из них явилось изучение вариабельности (колеблемости) значений физиологических показателей. Как известно, сущность процессов регуляции заключается в непрерывном обмене информацией между управляющим и управляемым элементами функциональной системы по каналам прямой и обратной связи. Возникающие при этом колебания значений физиологических параметров отражают деятельность механизмов управления, и, таким образом, информация о состоянии различных звеньев системы управления заключена в “функциях разброса”. Китайские врачи еще тысячелетия назад использовали этот принцип в “пульсовой диагностике”. Они изучали колебания ритма и силы сердечных сокращений, различая изменения так же и множества других характеристик пульса, и делали свои заключения о состоянии целостного организма на основе оценки состояния механизмов регуляции. Сегодня мы на современном научно-техническом уровне повторяем и развиваем эти подходы.

В методических рекомендациях группы российских экспертов (Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В. Чирейкин и др., 2001) метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) определяется следующим образом. Анализ ВСР является методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека и животных, в частности общей активности регуляторных механизмов, нейро - гормональной регуляции сердца, соотношения между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов является результатом многоконтурной и многоуровневой реакции системы регуляции кровообращением, изменяющей во времени свои параметры для достижения оптимального приспособительного ответа, который отражает адаптационную реакцию целостного организма. Метод основан на распознавании и измерении временных интервалов между R-зубцами электрокардиограммы (R-R – интервалы), построении динамических рядов кардиоинтервалов (кардиоинтервалограммы) и последующего анализа полученных числовых рядов различными математическими методами, которые можно разделить на три больших класса:

• 
  Исследование общей вариабельности (статистические методы и временной анализ);
  
• 
  Исследование периодических составляющих ВСР (частотный анализ);
  
• 
  Исследование внутренней организации динамического ряда кардиоинтервалов (методы нелинейной динамики, автокорреляционный анализ, корреляционная ритмография).
  

Рабочими структурами автономного контура регуляции являются: синусовый узел (СУ), блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу (контур парасимпатической регуляции). При этом дыхательная система рассматривается как элемент обратной связи в автономном контуре регуляции сердечного ритма (СР).

Деятельность центрального контура регуляции, который идентифицируется с симпатоадреналовыми влияниями на ритм сердца, связана с недыхательной синусовой аритмией (СА) и характеризуется различными медленноволновыми составляющими сердечного ритма. Прямая связь между центральным и автономным контурами осуществляется через нервные (в основном симпатические) и гуморальные связи. Обратная связь обеспечивается афферентной импульсацией с барорецепторов сердца и сосудов, хеморецепторов и обширных рецепторных зон различных органов и тканей.


Рис. 3. Схема двухконтурной модели регуляции сердечного ритма

Автономная регуляция в условиях покоя характеризуется наличием выраженной дыхательной аритмии. Дыхательные волны усиливаются во время сна, когда уменьшаются центральные влияния на автономный контур регуляции. Различные нагрузки на организм, требующие включения в процесс управления СР центрального контура регуляции, ведут к ослаблению дыхательного компонента СА и к усилению ее недыхательного компонента.

Центральный контур регуляции сердечного ритма – это сложнейшая многоуровневая система нейрогуморальной регуляции физиологических функций, которая включает в себя многочисленные звенья от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга. Ее структуру можно схематично представить состоящей из трех уровней. Этим уровням соответствуют не столько анатомо-морфологические структуры мозга, сколько определенные функциональные системы или уровни регуляции:

1-й уровень обеспечивает организацию взаимодействия организма с внешней средой (адаптация организма к внешним воздействиям). К нему относится центральная нервная система, включая корковые механизмы регуляции, координирующая функциональную деятельность всех систем организма в соответствии с воздействием факторов внешней среды (уровень А).

2-й уровень осуществляет равновесие различных систем организма между собой и обеспечивает межсистемный гомеостаз. Основную роль в этом уровне играют высшие вегетативные центры (в том числе гипоталамо-гипофизарная система), обеспечивающие гормонально-вегетативный гомеостаз (уровень Б).

3-й уровень обеспечивает внутрисистемный гомеостаз в различных системах организма, в частности в кардиореспираторной системе (систему кровообращения и систему дыхания можно рассматривать как единую функциональную систему). Здесь ведущую роль играют подкорковые нервные центры, в частности вазомоторный центр как часть подкоркового сердечно-сосудистого центра, оказывающего стимулирующее или угнетающее действие на сердце через волокна симпатических нервов (уровень В).

Недыхательная СА представляет собой колебания СР с периодами выше 6-7 секунд (ниже 0,15 Гц). Медленные (недыхательные) колебания сердечного ритма коррелируют с аналогичными волнами артериального давления (АД) и плетизмограммы. Различают медленные волны 1-го, 2-го и более высоких порядков. Структура СР включает не только колебательные компоненты в виде дыхательных и недыхательных волн, но и непериодические процессы (так называемые фрактальные компоненты). Происхождение этих компонентов СР связывают с многоуровневым и нелинейным характером процессов регуляции сердечного ритма и наличием переходных процессов. Ритм сердца не является строго стационарным случайным процессом с эргодическими свойствами, что подразумевает повторяемость его статистических характеристик на любых произвольно взятых отрезках. Таким образом, ВСР отражает сложнейшую картину разнообразных управляющих влияний на систему кровообращения с интерференцией периодических компонентов разной частоты и амплитуды: с нелинейным характером взаимодействия разных уровней управления.

Не останавливаясь в деталях на методах анализа ВСР, мы рассмотрим только ряд наиболее употребляемых показателей, которые будут использоваться при дальнейшем изложении данных, полученных в космических полетах. Различают методы временного и частотного анализа. К первым относятся преимущественно статистические методы, ко вторым – спектральные. На рис. 4 представлены образцы графиков, получаемых при компьютерном анализе ВСР. Вверху расположена кардиоинтервалограмма -график динамического ряда кардиоинтервалов. В середине слева представлена гистограмма - график распределения длительностей кардиоинтервалов. Этот наиболее простой метод анализа получил название вариационной пульсометрии. Справа в середине показан график автокорреляционной функции, с помощью которой хорошо выявляется связь между автономным и центральным контурами управления. Внизу слева можно видеть корреляционную ритмограмму (или скаттерграмму), которая очень эффективно выявляет и диагностирует аритмии. Наконец, внизу слева представлена спектральная функция - наиболее употребительный метод анализа ВСР. По спектру определяют соотношение различных периодических компонентов сердечного ритма. При анализе ВСР вычисляется большое число разных показателей. В табл. 1 представлены девять наиболее часто употребляемых показателей.

 

Таблица 1

1) СРЕДНЕЕ КВАДРАТИЧНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ (СКО, SDNN). Вычисление СКО является наиболее простой процедурой статистического анализа ВСР. Значения СКО выражаются в миллисекундах (мс). Нормальные значения СКО находятся в пределах 40–80 мс. Однако эти значения , как и значения всех других показателей, имеют возрастно-половые особенности, которые должны учитываться при оценке результатов исследования. Рост или уменьшение СКО могут быть связаны как с автономным контуром регуляции, так и с центральным (как с симпатическими, так и с парасимпатическими влияниями на ритм сердца). При анализе коротких записей, как правило, рост СКО указывает на усиление автономной регуляции, то есть рост влияния дыхания на ритм сердца, что чаще всего наблюдается во сне. Уменьшение СКО связано с усилением симпатической регуляции, которая подавляет активность автономного контура. Резкое снижение СКО обусловлено значительным напряжением регуляторных систем, когда в процесс регуляции включаются высшие уровни управления, что ведет к почти полному подавлению активности автономного контура

2) RMSSD – показатель активности парасимпатического звена вегетативной регуляции. Этот показатель вычисляется по динамическому ряду разностей значений последовательных пар кардиоинтервалов и не содержит медленноволновых составляющих СР. Он отражает активность автономного контура регуляции. Чем выше значение RMSSD, тем активнее звено парасимпатической регуляции. В норме значения этого показателя находятся в пределах 20-50 мс.

3) pNN50 дает информацию, аналогичную RMSSD, но поскольку здесь учитываются лишь разностные значения, величина которых выше, чем 50 мс., то этот показатель более чувствителен к высокочастотным, дыхательным колебаниям сердечного ритма и, следовательно, лучше отражает активность автономного контура регуляции. По значениям pNN50 можно судить об относительном преобладании парасимпатического или симпатического звена регуляции.

4) ИНДЕКС НАПРЯЖЕНИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ (ИН, SI - Stress Index) характеризует активность механизмов симпатической регуляции, состояние центрального контура регуляции. Этот показатель вычисляется на основании анализа графика распределения кардиоинтервалов – вариационной пульсограммы. Активация центрального контура, усиление симпатической регуляции во время психических или физических нагрузок проявляется стабилизацией ритма, уменьшением разброса длительностей кардиоинтервалов, увеличением количества однотипных по длительности интервалов (рост АМо). Форма гистограмм изменяется, происходит их сужение с одновременным ростом высоты. Количественно это может быть выражено отношением высоты гистограммы к ее ширине (ИН = АМо/2*Мо*MxDMn, где MxDMn - вариационный размах). Этот показатель получил название индекса напряжения регуляторных систем (ИН). В норме ИН колеблется в пределах 80 – 150 условных единиц. Этот показатель чрезвычайно чувствителен к усилению тонуса симпатической нервной системы. Небольшая нагрузка (физическая или эмоциональная) увеличивает ИН в 1,5 – 2 раза. При значительных нагрузках он растет в 5 – 10 раз. У больных с постоянным напряжением регуляторных систем ИН в покое равен 400 – 600 усл. ед.. У больных с приступами стенокардии и инфарктом миокарда ИН в покое может достигать 1000 – 1500 усл. ед.

Показатели спектрального (частотного) анализа:

5) ТР (Total Power). Суммарная мощность периодических компонентов сердечного ритма. Этот показатель отличается от SDNN тем, что характеризует только периодические процессы в ритме сердца и не содержит так называемой фрактальной части процесса, то есть нелинейных и непериодических компонентов. ТР позволяет судить о степени активации тех звеньев регуляторного механизма, которые работают в определенном диапазоне частот в пределах длительности анализируемой записи сердечного ритма. Методы спектрального анализа позволяют выделять колебательные составляющие, характерные для работы различных звеньев регуляторного механизма. При коротких записях (5 минут) выделяют три главных спектральных компоненты. Эти компоненты соответствуют диапазонам дыхательных волн и медленных волн 1-го и 2-го порядка. В настоящее время они получили названия высокочастотных (High Frequency – HF), низкочастотных (Low Frequency – LF) и очень низкочастотных (Very Low Frequency – VLF). Частотные диапазоны каждого из трех вышеуказанных спектральных компонентов являются дискуссионными. В соответствии с вышеупомянутыми российскими методическими рекомендациями для записей длительностью в 5 минут рассматриваются следующие диапазоны частот:

• 
  высокочастотный диапазон (дыхательные волны) – 0,4–0,15 Гц (2,5–6,5 сек);
  
• 
  низкочастотный диапазон (медленные волны 1-го порядка) – 0,15–0,04 Гц (6,5–25 сек);
  
• 
  очень низкочастотный диапазон (медленные волны 2-го порядка) – 0,04 –0,015 Гц (25 – 66 сек).
  

6) МОЩНОСТЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ВОЛНЫ) характеризует активность парасимпатического звена вегетативной нервной системы, активность автономного контура регуляции. Активность симпатического отдела вегетативной нервной системы, как одного из компонентов вегетативного баланса, можно оценить по степени торможения активности автономного контура регуляции, за который ответственен парасимпатический отдел. Мощность дыхательных волн выражается в абсолютных значениях ( в миллисекундах в квадрате) или в виде относительной величины (в % от суммарной мощности спектра). Обычно дыхательная составляющая (HF) составляет 15-25% суммарной мощности спектра. Снижение этой доли до 8-10% указывает на смещение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатического отдела. Если же величина HF падает ниже 2-3% то можно говорить о резком преобладании симпатической активности. В этом случае существенно уменьшаются также показатели RMSSD и pNN50.

7) МОЩНОСТЬ НИЗКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (МЕДЛЕННЫЕ ВОЛНЫ 1-ГО ПОРЯДКА ИЛИ ВАЗОМОТОРНЫЕ ВОЛНЫ). Существуют различные взгляды на генез этого показателя. Мы, как ряд других иследователей, считаем, что LF характеризует преимущественно состояние симпатического центра регуляции сосудистого тонуса. В норме чувствительные рецепторы синокаротидной зоны воспринимают изменения величины АД и афферентная нервная импульсация поступает в сосудодвигательный (вазомоторный) центр продолговатого мозга. Здесь осуществляется афферентный синтез (обработка и анализ поступающей информации) и в сосудистую систему поступают сигналы управления (эфферентная нервная импульсация). Этот процесс контроля сосудистого тонуса с обратной связью на гладкомышечныеволокна сосудов осуществляется вазомоторным центром постоянно. Время, необходимое вазомоторному центру на операции приема, обработки и передачи информации колеблется от 7 до 20 сек.; обычно оно равно 10–12 сек. Поэтому в ритме сердца можно обнаружить волны с частотой близкой к 0,1 Гц (10 с), которые получили название вазомоторных. Впервые эти волны наблюдали Майер с соавторами (1931) и поэтому они иногда называются волнами Майера. Мощность медленных волн 1-го порядка определяет активность вазомоторного центра. Переход из положения "лежа" в положение "стоя" ведет к значительному увеличению мощности в этом диапазоне колебаний СР. Обычно в норме процентная доля вазомоторных волн в положении "лежа" составляет от 15 до 35-40%.

Следует упомянуть также о показателе доминирующей частоты в диапазоне вазомоторных волн. Обычно он находится в пределах 10-12 сек. Его увеличение до 13-14 сек. может указывать на снижение активности вазомоторного центра или на замедление барорефлекторной регуляции.

8) МОЩНОСТЬ “ОЧЕНЬ” НИЗКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА (МЕДЛЕННЫЕ ВОЛНЫ 2-го ПОРЯДКА). Спектральная составляющая сердечного ритма в диапазоне VLF по современным представлениям обусловлена влиянием на ритм сердца надсегментарного уровня регуляции, поскольку амплитуда этих волн тесно связана с психоэмоциональным напряжением и функциональным состоянием коры головного мозга. Показано, что VLF отражает церебральные эрготропные влияния на нижележащие уровни и позволяет судить о функциональном состоянии мозга при психогенной и органической патологии мозга (Н.Б. Хаспекова, 1996). Целенаправленные исследования А.Н. Флейшмана (1999) продемонстрировали важное значение анализа ВСР в VLF-диапазоне. Им показано, что мощность VLF-колебаний ВСР является чувствительным индикатором управления метаболическими процессами и хорошо отражает энергодефицитные состояния. Мобилизация энергетических и метаболических резервов при функциональных воздействиях может отражаться изменениями мощности спектра в VLF-диапазоне. Высокий по сравнению с нормой уровень VLF можно трактовать как гиперадаптивное состояние, сниженный уровень VLF указывает на энергодефицитное состояние. При увеличении мощности VLF в ответ на нагрузку можно говорить о гиперадаптивной реакции, при ее снижении – о постнагрузочном энергодефиците. Несмотря на условный и во многом еще спорный характер подобной интерпретации изменений VLF она может быть полезной при исследованиях как здоровых людей, так и пациентов с различными состояниями, связанными с нарушением метаболических и энергетических процессов в организме.

Таким образом, VLF характеризует влияние высших,, как вегетативных центров на сердечно-сосудистый подкорковый центр и может использоваться как маркер степени связи автономных (сегментарных) уровней регуляции кровообращения с надсегментарными, в том числе с гипофизарно-гипоталамическим и корковым уровнем. В норме мощность VLF составляет 15-30% суммарной мощности спектра.

9) ИНДЕКС ЦЕНТРАЛИЗАЦИИ (ИЦ, IC - Index of Centralization) – отношение (LF + VLF)/HF. Этот показатель отражает степень преобладания активности центрального контура регуляции над автономным. В норме величина IC находится в пределах от 1,3 до 2,5. При воздействии стрессорных факторов и при различных заболеваниях величина IC может достигать 5-6. В зарубежных исследованиях используется аналогичный показатель LF/HF, который называют индексом вегетативного баланса.

Специального внимания заслуживают методы комплексной оценки ВСР по результатам ее анализа. Такая оценка направлена на определение степени напряжения регуляторных систем и их функционального резерва. Одним из таких методов является вычисление показателя активности регуляторных систем (ПАРС). Он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, учитывающему как статистические показатели, так и данные спектрального анализа ВСР. ПАРС позволяет дифференцировать различные степени напряжения регуляторных систем и оценивать адаптационные возможности организма (Р.М. Баевский, 1970). Вычисление ПАРС осуществляется по алгоритму, учитывающему следующие пять критериев:

А. Суммарный эффект регуляции по показателям частоты пульса (ЧП);.

Б. Суммарная активность регуляторных механизмов по среднему квадратичному отклонению – SDNN (и по суммарной мощности спектра – TP);.

В. Вегетативный баланс по комплексу показателей: Ин, RMSSD, HF, IC;

Г. Активность симпатического вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус, по мощности спектра медленных волн 1-го порядка (LF);

Д. Активность надсегментарных уровней регуляции по мощности спектра медленных волн 2-го порядка (VLF).

Значения ПАРС выражаются в баллах от 1 до 10. На основании анализа значений ПАРС могут быть диагностированы уровни напряжения при различных функциональных состояниях организма Для комплексной оценки данных анализа ВСР разработан и ряд других методов, позволяющих дифференцированно подойти к определению СН и ФР, к оценке реакции регуляторных систем при функциональных тестах, к контролю процессов восстановления и др. (см. ниже). Здесь же важно отметить, что анализ ВСР является эффективным средством донозологической диагностики и позволяет реализовать на практике тот новый подход к оценке и прогнозированию функциональных состояний, который развивается нами в рамках космической медицины применительно к задачам медицинского обеспечения длительных космических полетов.