Метод количественной оценки функционального состояния организма при действии факторов космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма, основанный на вычислении степени напряжения регуляторных систем и их функционального резерва.
Аннотация к работе
Накоплен огромный опыт применения этого метода для исследования вегетативной регуляции функций в условиях космического полета и показана его важная роль в оценке функционального состояния организма космонавтов [Баевский и др., 2002; Fritsch-Yelle et al., 1996; Buttler et al., 1994]. В работе впервые показана возможность количественной оценки функционального состояния организма по двум компонентам - степени напряжения регуляторных систем (СН) и их функциональному резерву (ФР), получаемым по данным анализа вариабельности сердечного ритма. Впервые разработан вероятностный подход к оценке функционального состояния человека в условиях длительных космических полетов, при котором с учетом типа вегетативной регуляции определяется апостериорная вероятность отнесения к тому или иному классу состояний; при этом изменения вероятностных оценок имеют прогностический смысл, указывая на направленность адаптационного процесса. Разработан метод количественной оценки функционального состояния организма при действии факторов космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма, основанный на вычислении двух комплексных показателей, характеризующих степень напряжения регуляторных систем (СН) и их функциональный резерв (ФР). Разработан вероятностный подход к оценке функционального состояния организма космонавтов, при котором, с учетом типа вегетативной регуляции в условиях невесомости, определяется вероятность развития одного их 4-х функциональных состояний (норма, донозологическое состояние, преморбидное состояние, патологическое состояние).Изменения функционального состояния организма, обусловленные процессами его адаптации к условиям длительного космического полета, связаны с перенастройкой отдельных звеньев регуляторного механизма и характеризуются соответствующими изменениями показателей вариабельности сердечного ритма. Использование факторного анализа позволило изучить системные механизмы регуляции сердечного ритма при длительном действии невесомости и выделить следующие четыре основных фактора, которые объясняют 72,3 % всех изменений вариабельности сердечного ритма: а) функциональный резерв регуляторного механизма; б) парасимпатический компонент вегетативной регуляции; в) симпатический (вазомоторный и нейрогуморальный) компонент вегетативной регуляции; г) фактор сердечно-сосудистого и респираторного гомеостаза. В наземных экспериментах со 120-суточной АНОГ и 8-месячной изоляцией показано, что в ходе воздействия наблюдалось постепенное смещение вегетативного баланса в сторону усиления активности симпатического звена регуляции, которое сопровождалось снижением функционального резерва регуляторных механизмов. Для количественной оценки изменений функционального состояния организма при действии факторов космического полета разработана математическая модель, использующая показатели вариабельности сердечного ритма. На основе математической модели функциональных состояний и с учетом индивидуальных типов вегетативной регуляций разработан вероятностный подход к оценке функциональных состояний при действии факторов космического полета.
Вывод
1. Изменения функционального состояния организма, обусловленные процессами его адаптации к условиям длительного космического полета, связаны с перенастройкой отдельных звеньев регуляторного механизма и характеризуются соответствующими изменениями показателей вариабельности сердечного ритма.
2. Использование факторного анализа позволило изучить системные механизмы регуляции сердечного ритма при длительном действии невесомости и выделить следующие четыре основных фактора, которые объясняют 72,3 % всех изменений вариабельности сердечного ритма: а) функциональный резерв регуляторного механизма; б) парасимпатический компонент вегетативной регуляции; в) симпатический (вазомоторный и нейрогуморальный) компонент вегетативной регуляции; г) фактор сердечно-сосудистого и респираторного гомеостаза.
3. В наземных экспериментах со 120-суточной АНОГ и 8-месячной изоляцией показано, что в ходе воздействия наблюдалось постепенное смещение вегетативного баланса в сторону усиления активности симпатического звена регуляции, которое сопровождалось снижением функционального резерва регуляторных механизмов.
4. Для количественной оценки изменений функционального состояния организма при действии факторов космического полета разработана математическая модель, использующая показатели вариабельности сердечного ритма. Эта модель в виде двух уравнений дискриминантной функции позволяет характеризовать функциональное состояние организма в пространстве состояний, образуемом координатами двух канонических переменных: 1) СН - степень напряжения, 2) ФР - функциональный резерв.
5. Реакции организма на воздействие факторов космического полета в значительной мере зависят от его индивидуально-типологических особенностей, которые сохраняются при повторных полетах, совершаемых через несколько лет. Учет типа вегетативной регуляции при оценке функционального состояния космонавтов в динамике адаптации к условиям длительной невесомости позволяет прогнозировать характер адаптационных реакций в полете.
6. На основе математической модели функциональных состояний и с учетом индивидуальных типов вегетативной регуляций разработан вероятностный подход к оценке функциональных состояний при действии факторов космического полета. При этом оценивается риск развития последовательно донозологических, преморбидных и патологических состояний.
7. Введено 10 категорий риска развития патологии. Предложен алгоритм расчета риска развития патологии при воздействии факторов длительного космического полета. Произведен расчет риска развития патологии у Российских членов экипажей МКС. Повышение степени риска развития уже донозологических состояний в конце полета является прогностически неблагоприятным признаком снижения функциональных возможностей космонавта в период реадаптации к земным условиям.
Практические рекомендации
1) Разработанный метод количественной оценки функционального состояния организма космонавтов целесообразно использовать в системе медицинского контроля здоровья членов экипажей в ходе кратковременных и длительных экспедиций.
2) Вероятностный подход к оценке риска развития патологии может быть полезным для прогнозирования вероятных патологических отклонений при действии факторов длительного космического полета.
3) Математическая модель функциональных состояний организма может быть рекомендована для применения при анализе изменений функционального состояния испытателей в экспериментах, моделирующих воздействие на организм факторов космического полета. Это позволит глубже изучить и лучше понять механизмы наблюдаемых изменений функционального состояния.
4) Предложенная методология математического моделирования функциональных состояний организма с оценкой степени напряжения регуляторных систем и их функционального резерва может быть использована в различных областях клинической медицины и прикладной физиологии, в частности, в области врачебно-летной экспертизы.
Список литературы
1. Баевский Р.М., Поляков В.В., Мозер М., Никулина Г.А., Фунтова И.И., Черникова А.Г Адаптация системы кровообращения к условиям длительногой невесомости: баллистокардиографические исследования во время 14-месячного космического полета.. Космическая биология и авиакосмическая медицина . 1998 . № 3. С. 23.
2. Бреус Т.К., Баевский Р.М., Никулина Г.А., Чибисов С.М., Черникова А.Г., Пухлянко М., Ораевский В.Н., Халберг Ф, Корнелиссен Ж, Петров В.М. Воздействие геомагнитной активности на организм человека, находящегося в экстремальных условиях, и сопоставление с данными лабораторных наблюдений. Биофизика, 1998, т. 43, вып. 5, c 811-818.
3. R.M. Baevsky, M. Moser, G.A. Nikulina , V.V. Polyakov , I.I. Funtova and A. G. Chernikova. Autonomic regulation of circulation and cardiac contractility during a 14-month space flight. - Acta Astronautica . Volume 42, Issues 1-8 , January-April 1998, Pages 159-173.
4. Баевский P.M., Семенов Ю.Н., Черникова А.Г. Анализ вариабельности сердечного ритма с помощью комплекса "Варикард" и проблема распознавания функциональных состояний. М.. 2000.С. 167-178.
5. Баевский Р.М., Никулина Г.А., Фунтова И.И., Черникова А.Г. Вегетативная регуляция кровообращения. В кн: // Орбитальная станция МИР. М.: Аником, 2001. Т. 2., с.36-68
6. Баевский Р.М., Черникова А.Г. К. проблеме физиологической нормы: математическая модель функциональных состояний на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2002, №5 . с.с. 34-37.
7. Баевский Р.М., Черникова А.Г., Длительная гипокинезия как фактор риска. - Материалы 4-го Международного Конгресса по патофизиологии (Будапешт, 29.06-5.07.2002), с. 192 - 196.
8. Черникова А.Г., Баевский Р.М. Математические модели функционального состояния организма на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение. Тез. докл. междунар. симпозиума. Ижевск 2003; 185-186.
9. Баранов В.М., Баевский Р.М., Фунтова И.И., Черникова А.Г., и др. Исследование регуляции кровообращения и дыхания на борту Международной космической станции. - Организм и окружающая среда. Адаптация к экстремальным условиям. М., 2003, с.38-41.
10. Baevsky R.M., Chernikova A.G. Heart rate variability analysis in evaluation of functional state in humans during longterm space flight.// Adv. Space Res., 1998, v. 2, No2, 14 Man in Space Symposium, Banff, Alberta, Canada, May 2003.
11. Баевский Р.М., Сыркин А.Л., Ибатов А.Д., Соболев А.М. Черникова А.Г. Оценка адаптационных возможностей организма и проблемы восстановительной медицины. - Вестник восстановительной медицины, 2004, 2, с. 18-22.
12. Baevsky R.M., Chernikova A.G., Funtova I.I, Pashenko A.V, Tank J. The autonomous regulation system functional reserves evaluation in 7-day head down bedrest. // Gravitational Biology, 2004, v.11, No.2, p 91-92.
13. Shiraishi M , Kamo T , Kamegai M , Baevsky RM , Funtova II , Chernikova A , Nemoto S , Hotta M , Nomura Y , Suzuki T . Periodic structures and diurnal variation in blood pressure and heart rate in relation to microgravity on space station MIR. - Biomed Pharmacother. 2004 Oct;58 Suppl 1:p31-4.
14. Баевский Р.М., Черникова А.Г., Фунтова И.И. Оценка функционального состояния и типа вегетативной регуляции системы кровообращения в условиях космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма. - В сб.: Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. М., 2005, с.с. 310-318.
15. Chernikova A.G. Heart rate variability in evaluation of functional state and types of autonomic regulation under conditions of space flight 26-th Annual International Gravitational Physiology Meeting. Abstracts. 26 June-1 July 2005. Cologne, Germany, p. 60.
16. R.M. Baevsky, I.I. Funtova, A. Diedrich, A.V. Pashenko, A.G. Chernikova, J. Drescher , V.M. Baranov, J. Tank Autonomic function testing on board the ISS - update on «Pneumocard». 58-th IAC, 15-20 Oktober 2005, Fokuoka, Japan.
17. Baevsky R.M., Baranov V.M., Chernikova A.G., Funtova I.I., Paschenko A.V., Tank J. “Results of cardiorespiratory system autonomic regulation investigations during long term international space station missions: experiment “Pulse”. 26-th Annual International Gravitational Physiology Meeting. Abstracts. 26 June-1 July 2005. Cologne, Germany, p.14-15.
18. Черникова А.Г. Метод дискриминантного анализа в оценке функционального состояния космонавтов в условиях длительного космического полета VII международная научно-техническая конференция "Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии - ФРЭМЭ 2006". Доклады. Книга II. - Владимир, Собор, 2006, с. 254.
19. Baevsky R.M., Baranov V.M., Chernikova A.G., Funtova I.I., Paschenko A.V., Tank J. Heart rate variability as indicator of cardioregulatory system. Experiment result.-Proceedings of European Study Group on Cardiovascular Oscillations, 2006, May 15-17, Jena, Germany.- 273 p. p. 74-77.
20. Baevsky RM , Baranov VM , Funtova II , Diedrich A , Pashenko AV , Chernikova AG , Drescher J , Jordan J , Tank J . Autonomic cardiovascular and respiratory control during prolonged spaceflights aboard the International Space Station.// J Appl Physiol. 2007 Jul;103(1):156-61. Epub 2007 Apr 19.
21. Baevsky R.M., Funtova I.I., Diedrich A., Pashchenko A.V., Chernikova A.G., Drescher J., Baranov V.M., Tank J.Autonomic function testing on board the ISS - update on "Pneumocard" . Acta Astronautica , 61 (2007 ), 7-8 , 672-675.
22. Бреус Т.К., Баевский Р.М., Фунтова И.И., Никулина Г.А., Черникова А.Г., Алексеев Е.В. Влияние возмущений геомагнитного поля на реакцию адаптивного стресса у космонавтов. - Космические исследования, 2008, т.46, 4, с.с. 378-383.