Автореферат и диссертация по медицине (14.00.17) на тему:Критерии индивидуальной и популяционной устойчивости к острой гипоксии

Р Г Б 0/1

- 3 МАЯ 13Г:

На правах рукописи

СОРОКИН Леонид Владимирович

КРИТЕРИИ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ И ПОПУЛЯЦИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ОСТРОЙ ГИПОКСИИ (ХРОНОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ)

(14.00.17 - нормальная физиология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Российского Университета дружбы народов .

Научный руководитель-академик РАМН, доктор медицинских наук, профессор H.A. Агаджанян.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Е.А. Демуров доктор биологических наук, профессор В.Б. Кошелев

Ведущая организация -Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской Академии Наук.

Защита дисертации состоится "_ _, 1995 г. в_часов

на заседании диссертационного совета Д. 053.22.04 в Российском Университете дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.8.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского Университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6.

Автореферат разослан _^ ./_ 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат медицинских наук, доцент

Н.В. Ермакова

0Б1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных условиях загрязнение окружающей среды, в особенности атмосферы, различными высокотоксичными отходами и тяжелыми элементами, приводит к увеличению вероятности возникновения различных функциональных нарушений, сопровождающихся гипоксическими состояниями различного вида и тяжести.

Вместе с тем известно, что профессиональная деятельность летчиков, альпинистоа, спортсменов и ряда других профессий, часто испытывающих экстремальные ситуации, также связана с гипоксией, а иногда и с возникновением острого кислородного голодания (Н.А.Агаджанян, 1967-1995; В.Б.Малкин, 1977 и др.).

В последнее время большое внимание уделяется клинико-физиологическому изучению механизмов различных патологических состояний, в частности выявлению причин внезапной смерти, возникающей в экстремальных условиях, при стрессе, в послеоперационном периоде, что по мнению ряда исследователей (Ю.Н.Шанин, 1978; М.М.Петрова, 1982; Г.А.Рябов, 1979-1988) бывает также связано с гипоксией. Для защиты организма от действия многочисленных экстремальных факторов и повышения его неспецифической устойчивости применяют тренировки в барокамерах, адаптацию к гипоксии в высокогорье или фармакологические препараты (антигипоксанты) (Н.Н.Сиротинин, 1965; Н.А.Агаджанян, М.М.Миррахимов, 1970; Г.А.Рябов, 1988 и др.).

Для изучения влияния гипоксии на различные системы организма, изучения механизмов адаптации к кислородному голоданию исследователи проводят большое количество дорогостоящих экспериментов в барокамерах на животных, а в некоторых случаях "тестируются" и люди. Сравнительно недавно было обнаружено, что одинаковые воздействия вызывают различные реакции у особей, отличающихся по устойчивости к гипоксии: идентичные дозы судорожных препаратов вызывают большие эпилептиформные изменения у низкоустойчивых животных (Н.А.Агаджанян, В.И.Торшин, 1983); защитное действие большинства антигипоксантов проявляется лишь у низко- и среднеустойчивых и не выражено у высокоустойчивых особей (Л.Д.Лукьянова и соавт., 1988); результаты адаптации к гипоксии также в значительной степени зависят от исходной резистентности организма (Н.А.Агаджанян,

A.И.Елфимов, 1986; В.Б.Кошелев, 1990). Эффективность барокамерных экспериментов и показатели устойчивости животных к острой гипоксии обычно определяются по методике, предложенной

B.А. Березовским (1978). Согласно этой методике и другим ее модификациям, селекция животных (крыс) на низкоустойчивых (НУ), среднеустойчивых (СУ) и высокоустойчивых (ВУ) к гипоксии осуществляется по времени жизни (ВЖ) на высоте 11 тыс.м. Границы

между указанными группами определяются, как +/- 30% отклонение от среднеарифметического значения ВЖ для всей массы испытанных в один и тот же период времени животных. Относительно среднеарифметического значения ВЖ границы устанавливаются на одинаковом интервале и в случае изменения среднего соответственно сдвигаются. Известные на данный момент методики, использующие стандартные методы линейной математической статистики, ограничены в анализе данных с большими (более 100 раз) разбросами из-за неопределенности среднего и не позволяют достоверно сравнивать результаты разных экспериментов.

В связи с этим, представляется актуальным построение обобщенной модели оценки ВЖ организма при острой гипоксии, поиск новых критериев устойчивости и способов сравнения результатов разных экспериментов. Более тщательное планирование экспериментов, оптимизация их количества и обработка результатов в рамках единой математической модели позволят получить новую информацию с большей точностью и без дополнительных затрат.

Цель и задачи исследования. В настоящей работе поставлена цель: создать совершенную математическую модель, характеризующую устойчивость популяции животных к действию острой гипоксии; выявить при помощи строгого математического анализа результатов физиологических исследований критерии, наиболее полно характеризующие групповую устойчивость, индивидуальную резистентность, устойчивость при повторном тестировании и определить факторы, позволяющие прогнозировать ВЖ при повторном тестировании, а также учесть влияние на результаты экспериментов хронодинамических вариаций основных показателей устойчивости.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать новые методики обработки результатов барокамерных экспериментов по исследованию показателя высотной устойчивости животных;

2. Применить хронодинамический подход при анализе экспериментов по исследованию воздействия острой гипоксии на организм животных;

3. Разработать критерии индивидуальной и групповой устойчивости организма к острой гипоксии;

4. Разработать прогностический метод определения резистентности животных к острой гипоксии при повторном тестировании.

Основные результаты и новизна исследования. Применение предложенных в работе новых методик позволило количественно оценить результаты экспериментов; это дало возможность численно сравнить и обобщить большое количество данных, что позволило получить временные характеристики вариации показателей устойчивости животных к острой гипоксии в рамках единой

хронодинамической модели, а также критерии групповой и индивидуальной устойчивости. Впервые математически строго доказано, что количество низкоустойчивых особей в популяции равно количеству высокоустойчивых особей.

При обработке результатов экспериментов нами, в отличие от применяемых ранее методик, учитывались все погибшие животные, что позволило дать полную объективную оценку всей популяции с учетом смертности и определить вероятности гибели от острой гипоксии для низкоустойчивых, среднеустойчивых и высокоустойчивых особей. Применение корреляционного анализа времени потери позы (ВПП), ВЖ и времени востановления позы (ВВП) позволило получить необходимые для оценки связей параметров устойчивости факторы. В работе показано, что параметры гипоксической резистентности имеют ярко выраженную суточную и достоверно отличимую месячную вариации (периодики). При этом установлено, что вероятность гибели при повторном тестировании ниже, чем при первичном.

Теоретическая и практическая значимость работы. Совокупность полученных данных, их системный анализ и обобщение позволяют сформулировать критерии групповой и индивидуальной (по отношению к группе) устойчивости к острой гипоксии. Полученные критерии дают возможность численно сравнивать результаты разных экспериментов, проведенных в разных условиях, что ранее другими авторами осуществлялось при помощи эмпирических коэффициентов и не давало строго объективных отношений (критериев), а иногда носило субъективный и противоречивый характер. Впервые математически строго доказано, что количество низкоустойчивых особей, в популяции равно количеству высокоустойчивых особей.

В наших исследованиях по определению устойчивости крыс к гипоксии большое внимание уделено экспериментам, в которых животные погибали. После включения в обработку этих данных появилась возможность строго объективно и достоверно оценить среднее время жизни выжившей популяции по отношению к исходной (для крыс \Mstar - 1.5 раза). Наблюдаемая в остром гипоксическом эксперименте высокая летальность (до 45%) указывает на чрезвычайную жесткость условий недостатка кислорода соответствующих высоте 11 км. Сравнительный анализ летальности после острого гипоксического эксперимента (высота 11 км.) для крыс У\Лэ(аг и белых беспородных крыс показал, что беспородные крысы в этих условиях имеют в 10 раз больше шансов выжить.

Анализ корреляционных зависимостей между ВПП, ВЖ и ВВП позволил определить вероятности гибели от острой гипоксии для НУ, СУ и ВУ особей, а также вероятность изменения ВЖ при повторных тестированиях.

Подготовлены методические рекомендации по оптимизации экспериментов, в которых применяют острое гипоксическое воздействие. Предложенная в работе методика позволяет в процессе планирования экспериментов оценить точность измеряемых

физиологических показателей, определить необходимое и достаточное для этого количество животных, установить необходимые временные границы проведения эксперимента и учесть влияние суточных и месячных ритмов на показатели устойчивости организма к гипоксии. Все это позволит получить не только более объективные данные, но и сократить время, необходимое для работы, и значительно уменьшить количество животных. Методика позволяет оценить максимальную ошибку определения показателей устойчивости к острой гипоксии при наиболее неблагоприятных условиях проведения эксперимента.

Обобщение предложенных в работе методик компьютерного анализа получаемых экспериментальных данных может оказаться полезным при определении устойчивости к другим экстремальным факторам, а также при решении важнейших проблем в зонах экологического бедствия.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Установлено, что групповым критерием устойчивости к острой гипоксии, в случае логарифмически-нормального распределения особей по времени жизни, является среднее геометрическое время жизни особей данной популяции.

2. Установлено, что количество низкоустойчивых особей в популяции при острой гипоксии, в случае логарифмически-нормального распределения особей по ВЖ, равно количеству высокоустойчивых особей.

3. Показано соответствие параметра Стьюдента, характеризующего отклонение величины устойчивости животного от среднего значения устойчивости популяции с учетом ширины распределения, индивидуальному критерию устойчивости к острой гипоксии для данного животного в популяции.

4. При повторном определении устойчивости животных к острой гипоксии (через час после тестирования) этог показатель резко увеличивается (в 2.6 раза); затем снижается, достигая минимума (0.8) через 6-8 часов и восстанавливается к концу первых суток; в дальнейшем осциллирует, затухая в течение месяца, достигая максимумов (1.5, 1.49 и 1.2) через 10-13, 17 и 23 суток соответственно и минимумов (0.9 и 0.97) на 14 и 21 сутки, и полностью нормализуется через 4-5 недель.

5. Меньшее время востановления позы при первом тестировании указывает на сохранение достаточных резервов и меньшую вероятность гибели при втором остром гипоксическом воздействии.

6. Параметры гипоксической резистентности имеют ярко выраженную суточную (48%) и достоверно отличимую месячную вариации (30%).

Аппробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на: "IX конференции молодых ученых", УДН, Москва 1986; "X конференции молодых ученых", УДН, Москва 1987; VII

Всероссийском симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации", РУДН, Москва 1994; II Российском национальном конгрессе "Человек и лекарство", Москва 1995.

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь научных работ.

Внедрение. Методики, разработанные в диссертации, имеют практическое применение в научно-исследовательской программе кафедры нормальной физиологии РУДН по изучению влияния острой гипоксии, в обучении студентов (учебное пособие "Компьютерная обработка данных эколого-физиологических экспериментов" - в печати) и нормативных документах, выпускаемых при участии Международной Академии Энергоинформационного обмена, регламентирующих экологически безопасное формирование среды обитания.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, основных глав (методика, результаты исследования и их обсуждение), заключения, выводов, практических рекомендаций, указателя литературы и приложения.

Диссертация изложена на _ страницах машинописного

текста, содержит _ рисунков и _ таблиц. Указатель литературы

включает_работ, из которых_иностранных авторов.

I

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты были проведены на нелинейных белых крысах (2573 самцов, масса тела 180-250 г.) и 609 линейных крысах самцах У^аг (масса тела 150-250 г.). В протоколах экспериментов фиксировали порядковый номер животного (1^) и точное время проведения исследования (год, месяц, день, час, минута). Определение индивидуальной устойчивости крыс к гипоксии производили в барокамере, где за 60 сек. создавали разряжение воздуха, эквивалентное высоте 11 км. Время потери позы на данной высоте определяли по моменту времени нарушения двигательной реакции (боковое положение). Время жизни на данной высоте определяли по длительности пребывания в барокамере до обратимой остановки дыхания. Время восстановления позы определяли по моменту времени нормализации двигательной реакции после нормализации уровня атмосферного давления в барокамере. Регистрировалась летальность после тестирования. Крысы \№э1аг (336 самцов) были подвергнуты тестированию дважды, и в этом эксперименте кроме ВПП, ВЖ и ВВП фиксировалось время между двумя тестированиями.

Применение корреляционного анализа позволило выявить, что параметр ВЖ является наиболее значимым по отношению к ВВП и ВПП для определения устойчивости к гипоксии. Распределения крыс в популяции по ВЖ построены с применением сортировки строк по возрастанию ВЖ в экспериментальном массиве данных. Все

остальные данные изучались после предварительной сортировки по ВЖ, что позволило обнаружить связи ВЖ с ВВП.

Предварительного отбора животных для выявления высотной устойчивости и деления на группы НУ, СУ и ВУ не проводилось. Все животные были в равных условиях, необходимых для достоверного определения популяционных характеристик, а определение принадлежности к группам НУ, СУ и ВУ осуществлялось по итоговым результатам экспериментов.

По всем полученным данным проводилась проверка соответствия типа наблюдаемого распределения логарифмически-нормальному. В случае соответствия определялась точность распределения данных по логарифмически-нормальному закону. Обычно отклонение от логарифмически-нормального закона определяет точность определения центра распределения (медианы) и равно точности определения среднего геометрического.

Изучение миграции животных в группах по устойчивости к острой гипоксии в повторных тестированиях проводилось после определения характеристик популяции, задействованной в соответствующем эксперименте. Устойчивость определялась с учетом знания вида полученного распределения, его статистических характеристик и необходимой достаточности данных. Результаты анализа проверялись с использованием корреляционной функции.

Исследование суточных, месячных и годовых изменений гипоксической резистентности крыс осуществляли путем накопления большого массива экспериментальных данных с последующей частотной фильтрацией и спектральной обработкой. Особое внимание уделялось выбору достаточного количества животных в экспериментах для определения показателей устойчивости с заданной точностью.

Математической обработке были подвергнуты материалы экспериментов, выполненных совместно с сотрудниками кафедры нормальной физиологии РУДН и проблемной лабораторией "Физиологические механизмы адаптации" за период 1989-95 гг.

Весь фактический материал обработан современными методами математической статистики с применением аппарата непараметрической регрессии, нелинейного моделирования и теории сигналов с использованием компьютера IBM PC/AT.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование вида распределения времени жизни крыс при острой гипоксии позволило классифицировать его, как положительно-асимматричное, крутое справа и плоское слева распределение (Лотар Закс, 1976). Исследуемый признак ВЖ оказался распределенным по логарифмически-нормальному закону. Проверка точности совпадения распределения ВЖ с логарифмически-нормальным распределением показала практически полное их совпадение в пределах допустимого статистического разброса за исключением 2.5% зон на краях

распределения (Лотар Закс, 1976). Наличие логарифмически-нормального закона распределения ВЖ позволяет корректно обрабатывать данные, имеющие большой разброс.

Для описания физиологических экспериментов часто используется метод математического моделирования (Л.Гласс, М.Мэки, 1991). Обычно математической моделью называют, описание наблюдаемого явления при помощи формул с целью выявления посредством математического анализа связей, закономерностей и критериев, позволяющих описывать и предсказывать наблюдаемое явление во времени.

Использование методов нелинейного математического моделирования позволило построить строгую физиолого-математическую модель, описывающую зависимость распределения по ВЖ крыс в эксперименте при воздействии острой гипоксии. На основании математических закономерностей и доказательства ряда положений этой модели было сделано предположение о возможности получения критериев индивидуальной и популяционной устойчивости животных и обнаружения связи между числом НУ, СУ и ВУ особей в популяции.

Для подтверждения этой гипотезы была проведена обработка данных одной из серий экспериментов по определению высотной устойчивости животных. Обобщенные данные одной из серий экспериментов (945 животных) представлены на Рис. 1. По вертикальной оси размещена популяция крыс (1 соответствует 100% всех животных), а по горизонтальной оси отложена безразмерная величина параметра Стьюдента. На графиках видно, что характер нормированного распределения 1од(ВЖ) в разных сериях экспериментов практически не меняется, и все точки лежат на одной единственной кривой выживаемости животных в условиях острой гипоксии при уровне 1/6 нормального атмосферного давления воздуха, что полностью подтверждает наличие логарифмически-нормального закона распределения устойчивости по ВЖ и некоторые положения, следующие из модели.

Таким образом установлено, что при остром гипоксическом воздействии групповым критерием устойчивости к острой гипоксии является среднее геометрическое время жизни особей данной популяции. Установлено также соответствие индивидуальному критерию устойчивости к острой гипоксии величины параметра Стьюдента, который характеризует отклонение 1од(ВЖ) данного животного от центра распределения по ВЖ с учетом его ширины. Из симметричности распределения животных по ВЖ при острой гипоксии следует равенство количества низкоустойчивых особей в популяции количеству высокоустойчивых особей.

Все численные результаты этой серии представлены в итоговой таблице 1. В сравнении с линейными оценками по Березовскому видно, что нелинейная методика дает точное значение центра распределения и позволяет получить увеличение точности

1x2

О

' ¡1,; ч'

1.. '■У.; Л» ч 1

1' • к-Л. -------- 2

С Ч - 3

Хг

- 4

Ь

5

'V 6

г. ---------------- 7

8

а \ и

\ [

•I 1

\ 1 ч,

\ \

Д

- ч \ Л '■Л1!

¡1 V - !'. '■•-

: \ 1 ■■•-1 1

1 \

V

ч

\\

-1.25 0 1.25

Рис. 1. Индивидуальные параметры устойчивости к острой гипоксии для 945 крыс-самцов.

По вертикальной оси - выживаемость животных, по горизонтальной оси - параметр Стьюдеита для данного животного

Таблица 1.

Итоговая таблица результатов анализа времени жизни крыс по линейной и нелинейной методикам

Линейное оценивание Нелинейное оценивание

по Березовскому

Коли- Интервал Сред. Интервал Среднее СИГМА Сдвиг

чество изменения арифм. изменения геометрическое отТАУ среднего ВЖ

Крысы ВЖ ВЖ 1од(ВЖ) 1од(ВЖ) ах (сек.)

миним. макс. ВЖ (сек.) миним. максим 1од(ВЖ) ВЖ (сек.)

123 50 920 298 1.698 2.984 2.338 218 0.335 80

138 66 914 246 1.819 2.960 2.318 208 0.275 38

103 70 1066 371 1.845 3.027 2.497 314 0.290 57

112 50 865 274 1.698 2.937 2.384 242 0.278 32

114 62 665 282 1.792 2.822 2.415 260 0.257 22

114 55 845 262 1.740 2.926 2.358 228 0.286 34

125 90 1090 395 1.954 3.037 2.554 358 0.240 37

116 55 665 188 1.740 2.752 2.235 171 0.265 17

расчетов по определению среднего ВЖ до 30%. Такое увеличение точности связано с более корректным способом обработки правой части распределения, имеющим резкое увеличение ВЖ высокоустойчивых животных. Существенным преимуществом нелинейной оценки параметров устойчивости, является меньшее количество величин (среднее геометрическое и ширина распределения), описывающих популяцию. Деление группы животных на НУ, СУ и ВУ особи перестает быть необходимым, из-за включения этих параметров в характеристики распределения в более общем виде.

Всесторонний анализ полученных экспериментальных данных по определению ВПП, ВЖ и ВВП в острых гипоксических экспериментах на крысах показал, что установленные в исследованиях распределения являются существенно нелинейными функциями. Для уточнения зависимостей между ВПП, ВЖ и ВВП были проведены расчеты корреляций в разных сериях экспериментов, проведенных в раличные сезоны года. Корреляция между ВПП и ВВП колеблется от -0.14 до +0.21, что позволяет сделать вывод об отсутствии связи между ними. Корреляция между ВЖ и ВВП положительная и находится в интервале от 0.18 до 0.5. Высокая прямая корреляционная связь от 0.38 до 0.62 наблюдалась между ВПП и ВЖ. Из анализа корреляционных функций следует, что с ростом времени жизни наблюдается и рост времени потери позы в большей степени, чем рост времени востановления позы, хотя разброс этих величин остается очень большим. Единственным и наиболее достоверным и стабильным параметром для физиологической оценки является ВЖ.

В медицинской практике исследование гипоксических состояний имеет большое значение. Проводится изучение изменения устойчивости организма в период адаптации к гипоксии (Н.А.Агаджанян, М.М.Миррахимов, 1970; А.И.Корешкин, 1972). Причем, в экспериментах часто возникает необходимость повторного создания гипоксического состояния (тренировки). В экспериментах на животных, например, для определения влияния катехоламинового стресса на устойчивость крыс к острой гипоксии, также применяется повторное воздействие гипоксического состояния (М.Л.Хачатурьян, 1990-1995). Результаты проведенных нами исследований позволяют дать научно обоснованные рекомендации относительно временных характеристик переносимости гипоксии. Обработка материалов повторных гипоксических экспериментов, проведенных через разные интервалы времени, позволила определить влияние перенесенного острого гипоксического состояния на устойчивость организма к повторной гипоксии. Изучение отношения времени жизни второго тестирования к первому позволило исключить в данном случае влияние суточных, месячных и сезонных вариаций ВЖ на представленную зависимость. Результат сглаживания представляется в виде кривой изменения устойчивости крыс к острой гипоксии в зависимости от времени между тестированиями. Установлено, что

устойчивость к гипоксии через час после тестирования резко увеличивается в 2.6 раза; затем она снижается, достигая минимума (0.8) через 6-8 часов, и восстанавливается к концу первых суток; в дальнейшем осциллирует, затухая в течение месяца, достигая максимумов (1.5, 1.49 и 1.2) через 10-13, 17 и 23 суток соответственно и минимумов (0.9 и 0.97) на 14 и 21 сутки, и полностью нормализуется через 4-5 недель. Наличие затухающей во времени реакции организма указывает на хронодинамическую природу регуляции, свойственной организму. Корреляционный анализ позволил проследить миграции между НУ, СУ и ВУ группами особей. Меньшее ВВП при первом тестировании указывает на сохранение резервов и меньшую вероятность гибели при втором остром гипоксическом воздействии.

Известно, что все физиологические системы организма функционируют дискретно, в виде замкнутых циклов, которые имеют свои временные параметры (Ю.А.Романов, 1981). В новых условиях среды обитания и при действии экстремальных факторов происходит их рассогласование (Ф.И.Комаров, 1989). Исследование суточной, месячной и годовой динамик вариаций ВЖ позволило подтвердить существенное влияние времени проведения эксперимента на полученный результат. Максимальное возмущение в получаемые данные вносит суточный ритм, а месячный и годовой циклы имеют соответственно меньшие возмущения. Большая часть экспериментов была проведена в октябре от 12 до 23 часов и для выявления наличия суточного ритма полученных данных оказалась достаточной. На Рис. 2 представлена гистограмма среднего геометрического времени жизни крыс с 1 часа дня до 10 час. вечера. Отчетливо видна тенденция к снижению устойчивости крыс в светлое время суток и начало ее повышения с заходом солнца. Полученные данные подтверждают физиологическую норму жизни крыс как ночных животных, пассивных в светлое время суток. Параметры гипоксической резистентности имеют ярко выраженную суточную вариацию (отличие за 10 часов составило 1.48 раза).

100 80

и«

60

20 Ё 0

щ

тот

щ

|ЙЙ|

ДМ,

рй

"а

ак-р

ЫЯ «ч

Щ

м " "„V

& —* Т-"Ч

да

Г'-.--,:

«Рй

Йв ЕЮ

1

Рис. 2. Динамика резистентности животных (крысы-самцы) к острой гипоксии. Время экспериментов - от 1 часа дня до 10 часов вечера

Выявленные месячная и годовая динамики ВЖ имеют меньшие величины вариаций. Представленные в таблице 2 обобщенные данные за три года отражают усредненное по месяцам и годам среднее геометрическое время жизни белых беспородных крыс. Для облегчения сравнения месячной вариации ВЖ за разные годы, отдельным столбцом представлено отношение среднего геометрического ВЖ животных в данном месяце к среднему геометрическому значению ВЖ за данный год. Из таблицы следует, что месячные и годовые вариации имеют в среднем колебания до 30% каждая. Среднее геометрическое время жизни 2573 белых беспородных самцов крыс за три года составило 279 сек., что в 3.6 раза больше по сравнению с соответствующей величиной 76 сек. для 318 самцов крыс \Мэ1аг. Основными возмущающими факторами, воздействующими на животных в течение года, являются, вероятно, солнечная активность и относительно малоизученные погодно-климатические геофизические факторы (А.Л.Чижевский, 1973).

И.В.Давыдовский писал: "Воспитание новых уровней приспособительной регуляции, отвечающих новым экологическим факторам, - такова задача современного человечества, заинтересованного в развитии,- в усовершенствовании биологических основ своей жизнедеятельности".

Итогом нашей работы явилось выявление того, что ВЖ в остром гипоксическом эксперименте подчинено логарифмически-нормальному закону распределения. В рамках одной модели получены критерии индивидуальной и популяционной устойчивости животных к острой гипоксии и установлено равенство количества НУ и ВУ особей в популяции.

Разработанная в работе нелинейная методика дает точное значение центра распределения и позволяет получить увеличение точности расчетов по определению среднего ВЖ до 30%.

. Устойчивость животных к гипоксии после перенесенного ими острого гипоксического воздействия существенно изменяется во времени, имея характер затухающего колебания. Устойчивость популяции возвращается к исходной через 5 недель, что должно учитываться при определении сроков экспериментов, в том числе повторного тестирования, а также для снижения вероятности гибели животных в первые 5 недель.

Параметры гипоксической резистентности имеют ярко выраженную суточную (1.48 раза) и достоверно отличимую месячную вариации.

Дальнейшие исследования по изучению физиологических механизмов адаптации к гипоксии позволят изыскать эффективные методы активного регулирования деятельности функциональных систем. Потребление кислорода является основой жизнедеятельности организма. На всем своем жизненном пути, начиная с эмбрионального состояния и до глубокой старости, человек постоянно попадает в условия изменяющегося кислородного режима (Н.А.Агаджанян, 1985).

Таблица 2. Результаты обработки экспериментальных данных времени жизни крыс за три года

г О д Время Чис. крыс 1од (ВЖ) мин. ¡од (ВЖ) макс. 1од (ВЖ) сред. Сред, геом. время жизни Сигма от Тау ВЖмес

ВЖгод

1 ГОД 905 1.740 3.023 2.487 307 0.251

2 ГОД 945 1.698 3.037 2.370 234 0.291

3 ГОД 723 1.778 3.133 2.472 296 0.277

1 янв. 118 2.041 2.841 2.494 312 0.215 1.016

фев. 98 2.021 2.921 2.528 337 0.235 1.097

март 118 1.806 2.959 2.500 316 0.282 1.029

апр. 95 1.740 2.951 2.460 288 0.306 0.938

июнь 100 1.977 2.920 2.525 335 0.259 1.090

сент. 142 1.812 3.021 2.550 355 0.271 1.156

нояб 100 1.954 3.023 2.484 304 0.236 0.990

дек. 137 2.041 2.875 2.508 322 0.233 1.048

2 янв. 123 1.698 2.984 2.338 218 0.335 0.930

март 138 1.819 2.960 2.318 208 0.257 0.888

апр. 103 1.845 3.027 2.497 314 0.290 1.341

май 112 1.698 2.937 2.384 242 0.278 1.034

июнь 114 1.792 2.822 2.415 260 0.257 1.111

сен. 114 1.740 2.926 2.358 228 0.286 0.974

ОКТ. 125 1.954 3.037 2.554 358 0.240 1.529

дек. 116 1.740 2.752 2.235 171 0.265 0.730

3 янв. 131 1.778 2.875 2.447 280 0.275 0.945

фев. 142 1.977 3.133 2.601 399 0.247 1.347

апр. 98 1.903 2.939 2.423 265 0.295 0.895

май 90 1.954 2.980 2.487 307 0.284 1.037

июнь 90 1.929 3.041 2.521 332 0.259 1.121

ОКТ. 96 1.944 2.829 2.443 277 0.244 0.936

нояб 76 1.845 2.964 2.465 291 0.328 0.983

Гипоксические состояния развиваются у него не только при самых различных заболеваниях, но и при физических напряжениях, интенсивных занятиях спортом, при восхождении на горы, полетах на летательных аппаратах в условиях пониженного атмосферного давления и т.д. (З.И.Барбашова, 1960; 1970). Поскольку в осуществлении энергетических процессов важная роль принадлежит кислороду, есть основания полагать, что любые однонаправленные изменения кислородного режима организма будут приводить к единому конечному результату. Именно этим можно объяснить, что к эффективным профилактическим факторам, повышающим общую резистентность организма, относятся не только мышечные нагрузки в виде физических упражнений, но и тренировки к условиям умеренной гипоксии (Н.Н.Сиротинин, 1965; Ф.З.Меерсон, 1973), - пребывание в условиях пониженного парциального давления кислорода сопровождается рядом физиологических сдвигов, лежащих в основе повышения резистентности организма. Полученные нами результаты могут быть использованы для изучения и развития функциональных возможностей организма.

ВЫВОДЫ

1. Применение нелинейных математических методов оценки экспериментальных данных позволило получить основные характеристики распределения времени жизни животных в остром гипоксическом эксперименте и на основании полученных результатов провести хронодинамический анализ и разработь объективные критерии устойчивости организма к гипоксии.

2. Установлено, что групповым критерием устойчивости к острой гипоксии, в случае логарифмически-нормального распределения особей по времени жизни, является среднее геометрическое время жизни особей данной популяции.

3. Сравнительный анализ результатов показал, что количество низкоустойчивых особей в популяции при острой гипоксии, в случае логарифмически-нормального распределения животных по ВЖ, равно количеству высокоустойчивых особей.

4. При математической обработке данных установлено соответствие параметра Стьюдента, характеризующего отклонение величины устойчивости животного от среднего значения устойчивости популяции с учетом ширины распределения, индивидуальному критерию устойчивости к острой гипоксии для данного животного в популяции.

5. Показано, что устойчивость животных к гипоксии после перенесенного ими острого гипоксического воздействия достоверно изменяется во времени, имея характер затухающего колебания. Выявленную динамику показателей устойчивости необходимо учитывать при гипоксических воздействиях, разработке лечебных методик и определении их эффективности.

-156. Показано, что меньшее время восстановления позы у животных при первом тестировании указывает на сохранение резервов и меньшую вероятность гибели при втором остром гипоксическом воздействии.

7. Использование хронобиологического подхода при анализе данных гипоксических экспериментов позволило учесть наличие экзогенных экологических факторов, которые наиболее сильно влияют на время жизни, а также получить данные о характере суточного ритма времени жизни и достоверно доказать наличие месячной ритмики устойчивости животных к гипоксии.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке средств и мероприятий по оптимизации определения гипоксической устойчивости в барокамерных экспериментах. В работе показано, что распределение ВЖ в популяции имеет большой разброс. Поэтому для точной оценки этого параметра необходимо пользоваться нелинейными логарифмическими статистиками. Необходимо проверять полученные данные показателей устойчивости на тип распределения. Вид распределения крыс по ВЖ в большинстве экспериментов является логарифмически-нормальным для всей популяции и не зависит от внешних факторов, само распределение надежно определяется средним геометрическим ВЖ и величиной разброса сигмы от тау. Эти параметры распределения крыс по ВЖ меняются в некоторых пределах в зависимости от времени тестирования и состояния животных в популяции. Наибольшее возмущение в параметры распределения вносят суточные и месячные вариации ВЖ. Для снижения влияния суточного ритма желательно проводить тестирования животных в то же время суток. Повторное тестирование желательно проводить не ранее, чем через 5 недель после первого. Максимальная ошибка результата эксперимента, проведенного без учета этих факторов, составит сумму ошибок от всех неблагоприятных факторов и может быть больше 100%.

Предлагается новый метод тестирования, основанный на стабильности распределения крыс по ВЖ. Для оценки устойчивости крыс к острой гипоксии необходимо сформировать контрольную и экспериментальную группы одинаковой численности. Численности групп животных определяются по критерию А.Н.Колмогорова для достижения необходимой точности определения среднего ВЖ. В случае разной численности групп точность эксперимента определяется количеством животных в наименьшей группе. Тестирование обеих групп должно проводиться одновременно для компенсации хронодинамических возмущений ВЖ.

Полученные данные могут быть использованы при определении временных флюктуаций и изучении переходных процессов в экспериментах по адаптации к экстремальным факторам.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Распространение возбуждения в цепочке емкостно связанных автогенераторов // Материалы 9 конференции молодых ученых: математика, физика, химия. - М.: УДН, 1986. - С. 229-232. -Деп. в ВИНИТИ 1986, No.6849-B86. (Соавт. Тауфик Мухамед).

2. Экспериментальное моделирование процессов синхронизации мод // Материалы X конференции молодых ученых. -М.: УДН, 1987. - С. 203-206. - Деп. в ВИНИТИ 1987, No. 9151-В87. (Соавт. А.И.Коваль).

3. Экспериментальные исследования процессов распространения уединенных волн в высокочастотных нейристорных элементах // Известия высших учебных заведений: Радиоэлектроника. - 1988. - Т. 31. - No. 11. - С. 16-21. (Соавт.: А.И.Коваль, Тауфик Мухамед, В.Е.Сотин).

4. Полимодальные режимы генерации нейронной активности, наблюдаемой при эпилепсии // Материалы VII Всероссийского симпозиума "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (26-28 апреля 1994 года). - М.: Изд-во РУДН, 1994. - С. 261-262 (Соавт.: Е.П.Тамбовцев, В.И.Торшин).

5. Распределение популяции крыс по времени жизни в условиях острой гипоксии // Материалы VII Всероссийского симпозиума "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (26-28 апреля 1994 года). - М.: Изд-во РУДН, 1994. - С. 270-271 (Соавт.: Е.П.Тамбовцев, В.И.Торшин, Е.В.Нигматулина).

6. Влияние острого гипоксического воздействия на устойчивость животного к гипоксии // Тезисы докладов И Российского национального конгресса "Человек и лекарство" 10-15 апреля 1995 года, Москва. - М.: РЦ "Фарммединфо", 1995. - С. 226 (Соавт.:

H.A. Агаджанян, М.Л. Хачатурьян).

7. Влияние катехоламинового стресса на устойчивость крыс к острой гипоксии // Тезисы докладов II Российского национального конгресса "Человек и лекарство" 10-15 апреля 1995 года, Москва. -М.: РЦ "Фарммединфо", 1995. - С. 226 (Соавт.: H.A. Агаджанян,

М.Л. Хачатурьян).

8. Критерии индивидуальной и популяционной устойчивости к острой гипоксии // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 1995. - (в печати) (Соавт.: Н.А.Агаджанян, Е.П.Тамбовцев, В.И.Торшин).