Автореферат и диссертация по медицине (14.00.32) на тему:Респираторные и метаболические функции легких при моделировании факторов космического полета

V \ и

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

На правах рукописи

Я Ц ы к

Александр Павлович

РЕСПИРАТОРНЫЕ И МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛЕГКИХ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ФАКТОРОВ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА

14.00.32 — Авиационная, космическая и морская медицина

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва 1993

Работа выполнена в Институте медико-биологических проблем Министерства здравоохранения РФ.

доктор медицинских наук, профессор Е. А. Коваленко, доктор медицинских наук, профессор А. И. Воложин.

Ведущая организация — Институт авиационной и космической медицины.

в «... » часов на заседании специализированного совета по защите кандидатских диссертаций при Институте медико-биологических проблем МЗ РФ по адресу: г. Москва, Хорошевское шоссе, 76-А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИМБП

Научный руководитель доктор медицинских наук.В. М. Баранов.

Официальные оппоненты:

Защита состоится « . . . »

1993 г.

МЗ РФ.

Автореферат разослан « »

1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

И. П. Пономарева

- 2 -

Общая характеристика работы Актуальность теш: Влияние невесомости на функцию легких я кровообращение в малом круге остается до настоящего времени малоизученным, что объясняется многими техническими и методологическими трудностями в исследовании респираторной системы в космическом полете и отсутствием возможности достаточно точно смоделировать эти процессы в условиях нормальной гравита-' цин.

Изменения респираторной системы в условиях невесомости з настоящее время представляются следствием перераспределения жвдких сред организма, ведущим к повышению кровенаполнения легких.

В настоящее время интенсивно изучается вопрос о влиянии невесомости на состояние газообмена, 'но нельзя не учитывать, что легкие, наряду с участием в газообмене, являются высоко метаболически активным органом (Pang J.А., 1981; Edward R., 1982; Сыромятниковa H.B. с соавт 1987; Jacobson J., 1990). Доказано нарушение метаболических процессов в легких при различной пато-югии (отек легких, легочная гипертензия, шоковое легкое, бронхиальная аотма, хроническая пневмония и др. (Сыромятникова Я. В., 1990).

Имеются данные, что метаболизм ряда биологически активных веществ изменяется при воздействии физической нагрузки, в антиор-гостатическом положении (Калнипя И.Э. с соавт 1991 и др.). За-сономерно ожидать, что состояние невесомости, затрагивая респи-5аторув систему, будет оказывать влияние на метаболические }ункции легких. Однако, я настоящее время этот вопрос остается фактически не изученным.

Нам представляется достаточно перспективным изучение зоз-

действия факторов косшгческого полета на негазообмекные функции легких, так как оно будет способствовать раскрытии многих физиологических и биохимических процессов адаптации к условиям космического полета. Кроме того, изменение метаболизма некоторых биологически активных веществ (БАВ) мелет явиться ранний признакам развития патологического процесса и разработка этого вопроса будет способствовать расширению возможностей врачебного контроля эа состоянием здоровья и работоспособности космонавтов.

Использование газовых смесей с повышенным парциальным давлением кислорода, в том числе и дыхание чистым кислородом, широко используется в современной авиации, космонавтике и подводных работах. Вместе с тем установлено, что кислород при определенных концентрациях и экспозициях может оказывать токсическое действие на организм (Жироикин А.Г., 1372} Тихонов М.А., 1973; Бокерия Л.А. с соавт 1976).

Наряду с тем, что имеется достаточно полное представление о токсическом эффекте кислорода в обычных условиях,исследований об устойчивости к гипероксии при выполнении физической работы, при изменении температуры окружающего воздуха, в состоянии невесомости недостаточно. Между тем, тйкие сочетания возможны в работе космонавтов и водолазов. Современные научные данные Дают основания предполагать, что адаптивные реакции на воздействие гипероксии ке смогут проявиться ь условиях невесомости, так кач невеосмооть Беде? к перераспределению кровотока с увеличением кровенаполнения вышеперечисленных органов. В состоянии невесомости шкет происходить повышение чувствительности к гиперок-сли. Изучение этого вопроса представляет интерес для определения безопасных границ парциального давления кислорода ео адыха-

дай смеси и возможном времени пребывания в среде с повышенным держанием кислорода.

Таким образом, актуальность темы обусловлена недостаточным Уьемом знаний об изменениях метаболических функций легких в зловиях космического полета и сб особенностях проявления ток-меского действия кислорода в условиях невесомости, необходи-хзтыо получения этих знаний для предотвращения возможных пато-' )гичес!скх влияний факторов космического полета на организм че ->века и совершенствования системы медицинского контроля за ютоянием здоровья космонавтов. !

Учитывая вышеизложенное, цель» работы явилось комплексное следование респираторных и метаболических функций легких при делировании некоторых факторов космических полетов для совер-нствования методов и критериев оценки функционального состоял респираторной системы космонавтов в условиях профессиональ-й деятельности.

Для выполнения поставленной цели, решались следующие за-

чи:

1. Исследование респираторных и метаболических функций гкто при моделировании невесомости методой водной иммерсии в четании о дыханием чистым кислородом.

2. Изучение метаболизма биологически активных вещестз в гких при моделировании невесомости методом антиортостатичес-"л гипокинезии и "сухой" иммерсии.

3. Изучение метаболической активности легких при моделиро-аии факторов внекорабельной деятельности (физическая нагрузка условиях моделирования невесомости и дыхание чистым кислоро-* при пониженном барометрическим давлении).

• - Б -Научная новизна

Установлено, что дыхание вдетым кислородом в условиях иа делирования невесомости сопровождается возрастанием величины скорости образования гилероксических ателектазов.

Впервые установлено, что дыхание кислородом в смеси о 4 углекислого гага оказывает выраженный антиателектатичеокий эф факт.

Показано, что методы измерения статических и динамически; объемов легких, объемных и скоростных показателей форсированного дыхания являются адекватными физиологическими тестами дл] характеристики начальных токсических признаков воздействия нор-мобарической гипероксии на легкие.

Впервые выявлено значительное повышение содержания оерото-нина в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ) в условиях гиперой-сии при моделировании невесомости, что позволило предложит» определение серотонина в КВВ в качеотве теста на начальное повреждение легких.

Показано, что в условиях моделирования космического полек в КВВ повышается содержание катехоламшюв адреналовой группь и дофамина, тогда как содержание Дофа не меняется.' При сочетании АНОП с физической нагрузкой так же"обнаружено повышение содержания в КВВ адреналина и норадреналина, тогда как содержание дофамина снизилооь, что позволяло говорить о снижении адаптивных возможностей легких в условиях невесомости.

Показано, что гипобарическая гипероксия не оказывает существенного влияния на содержание катехоламинов в КВВ.

Выявлена зависимость окимения Дофа в КВВ пропорционально времени пребывания а иммерсии.

Показано, что при моделировании условий космического поле-

а содержание простагландинов Па (ПГГйоО в конденсате выдыхае-ого воздуха снижается, но в условиях гипобарической гипррокоии овышается, что позволило предположить возможность развития аб-орбционно-обтурационных ателектазов в условиях гипобарической ипероксии при использовании чистого кислорода.

Практическая значимость

Изменения биомеханических параметров дыхания при сочетай-ом воздействии гипероксии и моделированной невесомости подт-ерждаст предположение о потенциировании токсических эффектов ипероксии в условиях невесомости и это необходимо учитывать ри определении времени работы в условиях нормобарической гипе-оксии; на основании полученных данных об антиателектатичёском ффекте гиперкапнически-гипероксических смесей, они могут быть ©комзндованы к использованию для профилактики ателектазов.

Выявлены четкие изменения содержания серотонина в КВВ в словилх гипероксии, что позволяет, после дополнительных иссле-ований, предложить этот метод в качестве раннего теста на пов-ящевав эндотелия легочных капилляров.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Для оценки функционального состояния респираторной сис-еш при воздействии на организм человека факторов космического олвта могут быть использованы такие неинвазивные методы, как :эучение биомеханики дыхания и метаболизма биологически актовых веществ в конденсате выдыхаемого воздуха.

2. Дыхание чистым кислородом в условиях моделирования не-¡еоомости методом водной иммерсии сопровождается возрастанием 1вличины и скорости образования ателектазов легких.

- ? -

3. Методы определения статических и динамических объемов легких, а так же объемные и скоростные показатели форсированного дыхания, изменение концентрации биологически активных веществ в конденсате выдыхаемого воздуха являются физиологическими тестами, адекватно характеризующими начальные токсические признаки воэдейотвия нормобарический гипероксии на легкие.

Апробация диссертации Диссертация апробирована на заседании межотдеАьческой научной конференции отделов 05 и 07 ИМБП МЗ РФ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций. Работа излаженана страницах машинописного текста и содержит 'V рисунков, /7 таблиц, библиографический указатель включает 22С источников литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследований.

Для решения поставленных задач проведены исследования с участием 61 здорового мужчины добровольца в возрасте 24-45 лет, (табл.).

Для выяснения влияния на респираторные и метаболические функции легких изменений в гемодинамике малого круга кровообращения к перераспределения жидких сред организма в краниальном направлении, было использовано три модели невесомости: водная

¿аодоца. уиливии и шьш вышлншньк исследовании.

Г1" ■*..... ■' —..... 1 Продолжи- 11 |Вес |Воэ- Кол-во .... . , КОЛ-: ВО |

I Группы | Воздействующие тельность I |раст обсле- обсле-|

| исследований | факторы воздей- | [кг] | Слет] дуемых дова- |

1 1 ствия 1 1 1 1 НИИ 1

|1.Исследование влияния 1 |Иммерсия в гидрокостюме 1 1 1 1

| ка биомеханику дыха- |в положении сидя 1 1

I ния и метаболические 1 1 ' 1

| функции лепшх моде- |1.1 Воздух 3 ч |6б-102|29-45 6 24 |

| лирсванвой невесомос- |1.2 100X02 3 ч |65-102|29-45 6 42 |

I ти и дыхания гззоьши 11.3 96X02+4X002 3 ч 165-102122-45 6 24 |

! смесями различного 1 1 1

, состава 1 | 1 1 1 1 | 1

| Итого: 18 90 1

|2.Исследование влияния 1 |2.1 Аног -8° 30 мин I 1 165-86 |26-44 16 48 |

| на метаболические ¡2.2 Аног -8° 5 Ч |64-109|27-45 24 156 |

| функции легких моде- 12.3 Иммерсия в гидрокос- 3 ч |70-102|24-43 5 50 1

| лированкой невесомос- | тюма 1 1

I ти |2.4 Сухая иммерсия 1 7 дней |65-84 |29-42 4 28 |

| Итого: 49 282 |

| Всего: | 67 1 . 372 | I )

костюмная иммерсия (длительностью 3 часа),; "сухья" иммерсия (длительностью 7 суток); антиортостатическое положение о углом наклона -8° (длительностью 30 мин и 5 часов).

Всего нами проведено 2 группы исследований. Группы подразделялись на серии:

- 1 серия: пребывание в антшртаст&гическам положении а углом наклона -8° в течении 30 минут, с последующей ступенчато возрастающей субмаксимальной нагрузкой на велоэргометре. Оболе-довано 16 человек. Проводился обор конденсата выдыхаемой воздуха, в котором определялись концентрации катехоламинов и прсо-тагландины ЯЗс*.

- 2 серия: моделирование условий внекорабельной деятельности в скафандре - пребывание в АЙОГ-80 с "подьемом" в барокамера на "высоту" 7-600 м, дыхание чиотым кислородом (в уоловиях гипобарическои гиперокоии) и выполнение физической нагрузки мощностью 40% и 60% от максимального усилия мшц сгибателей предплечья. Обследовано 24 человека. Проводился сбор КВВ, в котором так же определялись катехоламины (КА) и ПГГ2л.

- 3 серия : "сухая" иммерсия, продолжительностью 7 суток. Обследовано 4 человека. В КВВ определяли концентрацию йатеу.ола-минов.

- 4 серия: иммерсия в гидрокоотюме до уровня шеи в положении сидя, продолжительностью 3 часа. Поочередно дыхание воздухом, чистым кислородом и смесью кислорода и 4% углекислого гага. Обследовано 11 человек. Изучалось изменение функции внешнего дыхания и проводился сбор конденсата выдыхаемого воздуха о определением содержания пготвмина и серотонина.

Исследования проводились на иммерсионном стенде ИМЕЛ. Комфортная температура воды поддерживалась автоматически с помощью

эрмостата, обеспечивающего принудительную циркуляцию воды. Ис-эльеовались костюмы "Форель" завода "Звезда", предназначенные га аварийного приводнения космонамов.

В работе использовались 2 группы методик. Одна - биохими-хло» методы для определения содержания в КВВ биологически ак-ганнх веществ, вторая - обдзпрюштые методы исследования био-»ханики дыхашя (спирометрия, бодиплетизмография, регистрация' гиввк "потск-обьем"), рекомендованные НИИ Пульмонологии КС эссии.

Наследования функции внешнего дыхания осуществлялись с полз»» приборного комплекса "Пневмо-бодитест" фирмы "ERICH OlGER** (Германия).

Расчеты производных показателей внешнего дыхания и сравне-№ их с должными величинами проводились вычислительной машиной

> программе "Lung".

Исследуемые показатели были сгруппированы следующим обра-гие. обьех^ше, скоростные, временные, относительные.

С целью изучения влияния моделируемых факторов космическо-

> полета на метаболические функции легкие исследовали особен-зстга метаболизма ряда биологически активных веществ по динами? изменений их концентраций в конденсате выдыхаемого воздуха, тбнраемого до воздействия и после него.

Для получения конденсата выдыхаемого воздуха нами была збрана специальная установка, состоящая из: загубника; клапан-зй коробки; стеклянного конденсатора с рубашкой охлаждения, икона, в котором собирается конденсат; Термостата 1ТЖ - 003. зи дыхании через эту установку в течение 10 минут набиралось «зло 5 мл конденсата выдыхаемого воздуха.

Сбор конденсата выдыхаемого воздуха производился согласно

методическим рекомендациям "Физика-химическими и биохимическими исследования конденсата паров выдыхаемого воздуха" под ред. С.В.Бестужевой (Минск, 1983 г).

В качестве индикаторов метаболизма в легочных структурах мы использовали концентрации следующих БАВ: катехоламинов (но-радреналина, адреналина, Дофа, дофамина), серотонина, гистами-на, простоглапдинов Р2а.

Для определения БАЗ в КВВ нами использовались оледущие методы биохимического анализа: хроматографический, флюорометри-ческий и радиоиммунный.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изучение механизмов развития патологии легких при дыхании чистым кислородом представляет значительный интерео для космической, гипербарической и экологической медицины. В частности, важное научное и практическое значение представляет исследование сочетанного воздействия водной иммерсии тела, как модели невесомости и среды профессиональной деятельности водсбшзов, с дыханием чистым кислородом.

Ранее было установлено, в частности, что при моделировании физиологических эффектов невесомости' методом водкой иммерсии возникает снижение раотяжимости легких, увеличение сопротийле-ния дыхательных путей и "объема' закрытия" легких о последующей тенденцией к развитию застойных явлений в перибронхиальной сосудистой системе, увеличивающих функциональную неоднородность легких (Тихонов М.А., 1073; Баранов В.М. с соавт 1980). Известно также, что возрастание количества альвеол о низкими вентшш-цион..о-перфузионными отношениями (Уа/О) и измененные биомеханические характеристики легких сами по себе, и особенно в сочота-

- r¿ -

нии а дыханием чистым кислородом, могут способствовать развитию эффекта "шунта" и формировать обструктивно абсорбционные ателектазы легких (Зальцман Г.Л., 1979; Fisher A.B., 1979; Тихонов Ы.А., 1973; Ваег R., 19S7). Причем гипергидратация и гиперволе-ыия легких, независимо от их этиологии, могут, по-видимому, ускорять и потенцировать неблагоприятные длл организма процессы.

При изолированном воздействии моделированной невесомости в' течении трех часов нами зарегистрировано снижение частоты дыхания (ЧД), минутного объема дыхания (МОД), резервного объема выдоха (РОвцц); нарастание бронхиального сопротивления, увеличения дыхательного объема (ДО). Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) и показатели форсированного дыхания изменились мало. После трех часовой иммерсии в сочетании с дыханием чистым кислородом' нами зарегистрировано более выраженное увеличение ДО (на 67.), значительно снизился РОвд и емкость вдоха. Отмечено снижение НЕЛ на 18,842 (рио.1). Выявлено повышениэ альвеолярного сопротивления яа вдоха на 19,6Х и на выдохе на 13,99%. При анализе кривых поток-объем обнаружено снижение как абсолютных, так и относитель-¡5J33C показателей.

Представляет большой практический интерес изучение гипэ-рсхсичэскн-гилеркапнического воздействия па легкие, т.к. такое тачаталиэ возможно в искусственной газовой атмосфере гермообъ-гктоз и при пользовании индивидуальным респираторным защитным ятряяением. Известно, что в обычных условиях гкперкаяши эна-гитэльно усиливает судорожный эффект гипероксии при р02 более 3 ítc/kb.cm, за счет церебральной вазодилятации и усиления прито-ía кислорода в ткани мозга. В то же время влияние С02 на гипе-хжсическоэ повреждение легка при субконвульсивных значениях з02 изучено значительно меньше.

- la

Рис.! изменение жизненной емкости легких при спиромет-ркн в зависимости от различного состава влыхаемой газовой. Костомная иммерсия - 3 часа. (1 - ФОН, 11 - иммерсия).

Л 5

Рис.2иэыеке'-че объема форсированного выдоха за 5 сек. ври различно^ составе вдыхаемой газовой смеси. Костюмная иммерсия - 3 часа. (1 - гон, 11 - иммерсия).

РисЛИзьюаеии» мгновенной оОъгхной скорости вылохл на уроаав 755 ЖЛ а завнсписсти от различного состава всааеисй газовой. Костюмная гашарсия - 3 ЧД-са. (1 - «он. 11 - иммерсия).

ГисЛОегзрганиг серотоккяа 5 мзкяеясате гыднхае го воздуха при дыхании гаэовшч скесями различного состава. Костюмная :ш*8сскЕ - 3 часа.

При изучении функции внешнего дыхания после дыхания гипе-роксически-гипрекапнической газовой сивсмз нами выявлено увеличение ДО (на 13,4Х), увеличение ЧД (на 12,66%). SEK изменилась мало. Обнаружено повышение сопротивления дыхательных путей и, хотя усиление бронхиального сопротивления на вдохе и выдохе более выражено, чем при дыхании чистым кислородом, все же меньший прирост общего сопротивления и удельного сопротивления говорит об улучшении бронхиальной проводимости. При анализе кривых "поток-объем" не отмечено не только ухудшения показателей по сравнении с дыханием чистым кислородом, но примесь углекислого гага, по данным эксперимента, снизила токсическое действие кислорода, что проявилось в отсутствии выраженного снижения &ЕЛ, ы-декса Гиффно, скоростных показателей и сбъвш форСкров&пкй'о еыдохз га 1 секунду.

Отмечено, что у всех обследуемых при дыхании воздухом наблюдались отдельные, о интервалов 15-60 мкн, глубокие, бодав 1,2-1,5 л, вдохи. В точение 3-х часовой кшерсии число таких вдохов составляло от 3 до 6 у разных испытателей.

При дыхании чистим кислородом число таких еадокоз р^еко возрастало у испытателей, имевших небольшой дефйцят- Ш! в конце экспозиции (от 10 до 26 вздохов), й кзаначктедыю увеличивалось у испытателей о большим дефищтои ШI (от Б до 12 вздохов). Эти наблк-.деяия позволяют предположить оуяеотвование индивидуальной предраэполоиеннооти к гипороксичвакиы ателектазам, профилактика которых достигается непроизвольными глубокими вздохами,' обуоловланнышг, по-видимому, регионарными язкека-ниями Еентиляциокко-перфузнойных отношений, гиперволемией к гипе*. гидратацией отдельны?: сок легких, которые рефлекторные путем вызывают изменения регуляции паттерна дыхания.

При дыхании кислородом паттерн дыхания несколько изменяется. При дыхании смесью кислорода с 4Х углекислого газа МОД резко возрастает,по сравнению о дыханием воздухом, т.е. имеется значительное усиление легочной вентиляции.

По обработанным нами литературным данкьм а качестве наиболее ранних сбьектггвних признаков токсического действия кислорода обычно рассматривают уменьшение НЕЛ (Clark J.U., 1S71). В яалгем исследовании у испытателей после выхода из иммерсионной панны также наблюдалось уменьшение КЕЛ и СО.

В отдельных случаях при дыхании кислородом отмечалось снижение Ш1 яа ZZ7. я 22,7.. Изменение £СЕЛ, при дыхании кислородом, яройоходило, в осяоаном, за счет значительного ограничения ре-зевнзго объема вдоха. Надо отметить, что наибольшие изменения легаш.« объемов возникали, кгх прапило, при выраженной субъек-тшшзй симптоматике.

Принято считать, что начальные признаки нарушений з органична человека, пребывающего в атмосфере чистого кислорода при К0( мальком барометрически ■ давлении в обычных условиях гравита-цмэ , наступают после 12 часовой экспозиции (Clark J.M., 1971).

Анализируя результаты кеягих экспериментов, мохно оказать, чЮ сочетались воздействие иммерсии и кислорсда резко увеглгчн-B&gr скорость образования дефицита НЕЛ, который sa 3 часа достигнув среднем 10% и Емесхо расчетного должяюго дефицита, разного 1,0% по уравнению регрессии (Harrabln A.L.„ 1687) для обьшик гиаброксит ескшс уолозигй.

Исолецс-вакия динадгеас.чкх сбавмоз легкта кохазггш, что 0331 утгапвшся после дыхания ккагородом а 7,5% иа зьщоко (рис.. 2) и ял 7,GX, на вдохе, однако, воледсмяе одновременного ctr.vii-m GZ'-Ji (FVCex яа 5,43%, FVCiri на SZ) аохазатап: Тк*ф-

но-Вотчада (0ФВ1/ФЖЕЛ), который характеризует состояние прох( димости преимущественно крупных дыхательных путей, практичеа не изменялся. Однако, показатели пиковой и мгновенной скороо: потока форсированного выдоха при уровне ЖЕЛ 60 и 757» (рис.! также снижались (PET- на 9,2%, МЕР 50 на 6,82%, МЕР 75' j 14,44%), что указывает на возрастание сопротивления средних мелкга дыхательных путей.

Это заключение подтверждается бодиплатизмографическими ис< ледованиями биомеханики дыхания. Увеличение бронхиального coi ротивления, особенно более значительный прирост R1п, чем R< может говорить и о снижении воздухонаполненности легких и i растяжимости.

Сочетанкое снижение пиковой объемной скорости форсирова] ного выдоха, м?нсванной при уровне ЕЕЛ 75% и 0Ф81, а также npi обладающее снижение инспираторных показателей указывает на ув< личение эластического сопротивления (снижение растяжимоси легких, характеризующего эластические свойства легких, завис! щие от эластического тканевого каркаса, степени кровенаполнен; легких, тонуса гладких мышечных волокон и, в большей степей: от силы поверхностного натяжения альвеолярной выстилки:

В целом, отмеченные после гипероксической экспозиции изи йения ряда объемных и скоростных респираторных показателей Ьв: детельствуют о ¿оэникновении смешанного, рестриктивно-обстру! тивчого типа нарушений вентиляционной функции легких.

В частности, наблюдавшееся уменьшение ЖЕЛ и ОЕЛ можно оО яснить развитием транзиторных ателектазов легких с последующ нарушением бронхиальной проходимости и вентиляции отдельных з легк.к.

Кроме того, одновременное снижение пиковой и мгновенн

ракционних скоростей форсированного вдоха, снижение ЖЕЛ .на дохе, выраженное увеличение Таи при одновременном снижении учетного показателя максимальной вентиляция указывает на вероятность развития утомления и снижения скоростных хзрактерис-кк дыхательных мышц.

Причем надо отметить, что иммерсия ускоряет проявление па-ологических эффектов гипероксии.

Таким образом, интерпретирование наблюдавшихся изменений озможно, по-видимому, на основании гипотезы о регионарном ронхоконстрикторном эффекте, сопровождающем развитие транзи-орных ателектазов легких и приводящем к увеличешш фракшганно-о объема участков легких с ухудшенной вентиляцией.

Вместе с тем, можно полагать, что в генезе наблюдавшегося меньшения легочных объемов наряду с формированием пшерокси-еских ателектазов участвуют и иные физиологические механизмы, апример, можно предположить, что уменьшение ЖЕЛ отчасти связа-о с раздражением ирритантных рецепторов легких и боязнью успения болей в грудной клетке или возникновения каши при попыт-9 сделать глубокий вдох.

Гиперволемия малого круга кровообращения и сопутствующие й застойные явления в перибронхиальнсй сосудистой системе лег-их увеличивают их функциональную неоднородность и способствуют роцессу ателектазироваяия.

Кроме того, поднятие диафрагмы наблюдающееся в условиях евесомости (иммерсии) ограничивает работу дыхательных мышц, то накладывается на волевое ограничение дыхательных движений, кижение концентрации сурфактанта, ¡сак ранний признак токсичес-эго действия кислорода, повышая поверхностное натяжение альве-п, является одной, из предлог шок к формированию ателектазов,

но и у неателектазированных альвеол га счет этого фактора снижается эластические характеристики.

Дыхание смеоью кислорода и С02 не вызвало более серьезных отклонений со стороны внешнего дыхания, чем те, что имелись при дыхании воздухом.

Наиболее вероятной интерпретацией отсутствия потенцирукще-го аффекта С02 служит наблюдавшееся увеличение вентиляции легких под влиянием гиперкапнии.

В этой связи заслуживает внимания наблюдавшаяся зависимость интенсивности формирования ателектазов от изменений паттерна дыхания.

Кратковременное пребывание в состоянии иммерсии с дыханием обычным воздухом, по результатам наших исследовании, приводит к увеличена содержания гистамина в КЕВ (на 65,8Х) и определяется некоторая тенденция к снижении концентрации серотонина (на 15,7Z). При иммерсии, сочетающейся с дыханием чистьм кислородом, мы получили увеличение содержания серотонина в КВВ (на 48,ЗХ) и тенденцию к нарастанию гистамина (на 47,7'.,. При иммерсии в сочетании с дыханием смесью кислорода и углекислого газа обнаружена тенденция к увеличению концентрации гистамина, 3 показатели серотонина остаются практически неизменными. Вероятно значительное пошшение концентрации серотонина в КВВ при дыхании чистым кислородом связано о проявлением токсического действия кислорода на систему дыхания.

Полученные нами результаты по содержанию в КВВ серотонина и гистамина в основном совпадают с предположениями, иыдвк земы-ип на основании данных литературы.

Снижение концентрации 'серотонина после пребывания в иммерсии (рис.4), при дыхании воздухом, еохможно связано с полной

его инактивацией в эндотелии капилляров. Что соответствует литературным данным, говорящим об усилении метаболизма БАВ в легких при легочной гипертензии. Выявленное значительное повышение концентрации серотонина после иммерсии о дыханием чистым кислородом подтверждает наличие начальных фаз воспаления и имеющиеся повреждения эндотедиальной выстилки. Увеличение содержания серотонина в данном случае, вероятно, идет за счет усиления дег-рануляции тучных клеток в ткани легких в ответ на развитие ин-терстициального отека. ' А так же за счет блока гн групп МАО и снижения катаболизма серотонина. Повышение концентрации серотонина в КВВ, при малом времени воздействия, определяет снижение частоты дыхания (прямое действие серотонина) и увеличение бронхиального сопротивления (бронхоконотрикторный эффект серотонина). Одновременно повышение концентрации серотонинз можно рассматривать как защитную реакцию, так как он ингибирует пэрекио-но! окисление и, как известно, неинактивированный серотонин иди' на синтез сурфактанта, который повреждается при дыхании чи< 1Г:£М кислородом. Одновр менно накопление оеротонина в интеро-тй,И!1 в некоторой степени компенсирует снижение метаболизма се-ра":игина, увеличивая его депонирование, и таким образом удаляет еггг избыток из циркулирующей крови. Но возможности этого ком-

па)!.'шторного механизма крайне ограничены. Неомотря на значи-

; I

те.и 1уи процентную разницу в содержании гиотамина, мы гсаорзгм ЛИ1Г.» о тенденции к его увеличению, так как достоверных различий й9 !»:иучеио.

Менее значительное позыаояие гистамина, чем овротояика при

I '

дыу лив чистым кколородом сзяэаао о тем, :то в легочкой ткани гистюга шыктивируется очень мало, незначительно депонируется, а идадпосылок для усиления его синтеза кет. ,

При внекорабельной деятельности космонавтов кроме обычных факторов космического полета (невесомости) на метаболизм БАВ может оказывать влияние и выполняемая ими работа (физическая нагрузка), а так же имеет значение характеристика подаваемого для дыхания газа. В качестве экспериментальной модели нами выбрана следующая: испытатели находились в АНОП о углом наклона -8° (модель перераспределения жидких сред в краниальном направлении) и производили работу руками на уровне 40-60Х от максимального усилия мышц-сгибателей предплечья при дыхании воздухом и в условиях гипобарической гипероксии. Для сравнения проведен эксперимент с пребыванием в АНОП -8°. В исследовании приняло участие 16 человек.

При иымитации внекорабельной деятельности выявлено увеличение норадреналина (на 6Х), адреналина (на ЮХ), Дофа (на 16,БХ) и снижение дофамина (на 29,6Х).

АНОП и физическая нагрузка, а так же их сочетанное воздействие, вызвали снижение в КВВ ПГГ2й, а в условиях гипобарической гипероксии отмечено их повышение (на 10.4Х).

Так как катехоламины активно участвуют в адаптивных процессах в организме, представляет интерес изучение обмена этих БАВ в зависимости от времени моделирования условий невесомости. Нами проводилось сравнение трехчасовой и семисуточной экспозиций.

После 3-х часовой иммерсии концентрация в КВВ всех катехо-ламинов имела тенденцию к увеличению. Содержание Дофа не менялось.

Пооле 7 оуточной иммерсии можно говорить о тенденции, к уменьшению содержания дофамйна, ДоРАС и, в меньшей степени, Дофа и о тенденции к нараотанк» адреналина в тех же условиях.

Увеличение содержания катехоламинов а конденсате выдыхав-ыого воздуха после 3-чаоового воздействия вероятно объясняется тем, что кратковременное воздействие факторов моделирования невесомости, являясь стрессовой реакцией для организма вызывает усиление синтеза катехоламинов в легких , причем активнее идет синтез производных из Дофа, а в результате застоя крови а малой круге кровообращения, сингев Дофа замедляется, что согласуется с данными Pang (1031г.)» который зафиксировал, что легочная ги-пертензия увеличивает удаление норадренадина посредством легочного кровообращения.

Иммерсия в течении 7 дней привела к снижению дофамина и Дсфа (49.86Z и 19Х) и к одновременному повышению адреналина (SS.33Z), т.е. синтез производных катехоламинов сохранен, а эа-пао дофамина, Дофа и продуктов для их синтеза исчерпан. Задержка тоступленкя сиятевкрованных катехолашноа в сосудистое русло, вероятно связано о развитием интерстициального отека. Эти данные подтверждают тлеющиеся в литературе утверждения, что к 7 дюо воздействия сохраняется депонирование крови в малом круге кр '»»обращения.

При пребывании в АНОП с дозированной физической нагрузкой (в том числе и в условиях ггпобаричеокой гипероксии) конце нтра-ций норадреналнна, адреналиа и Дофа в нашем исследовании иэме-ян/нс» мало, однако учитыв я низкий коэффициент достоверности, ¡tend а,ч исключить случайный арактер полученных данных. Однако, Зала» выраженная динамика :'вменений дофамина позволяет предпо-, что а условиях аэгйоомооти физическая нагрузка бистро истомдет адаптивные спссо яости легких (ггричзм прямой зависимости от условий дыхания нет), так как в нормальных условиях при действии физической нагрузка происходит усиление заработки

катехоламинов в легких, как предшественников, так и адреналино-подобных вещеотв.

Гипобарическая гипероксия не должна вызывать выраженных пульмонологических токсических эффектов, характерных для нормо-Сарической гипероксии, нп отсутствие во вдыхаемой '-меси "опорного" газа - азота может, по-видимому, увеличить склонность к обструктивно-абсорбционным ателектазам.

Видимо о этим овязано более значительное увеличение содержания норадреналина в КВВ, чем при дыхании воздухом при нормальном давлении, а так же увеличение ПГР2с<, так как при дыхании воздухом отмечено его снижение на всех этапах эксперимента.

Снижение ПГР2сс при физической нагрузке является естественной приспособительной реакцией, исключающей его бронхоконс-трикторный эффект при увеличенной вентиляции легких.

Таким образом, результаты проведенных нами комплексных исследований в условиях экспериментов, моделирующих факторы космического полета, свидетельствуют об изменениях не только респираторной, но и метаболической функции легких.

ВЫВОДЫ

1. Комплексное неинваэивное исследование функций легких, включающее изучение биомеханики дыхания и метаболизма биологически активных веществ в конденсате выдыхаемого воздуха, позволяет существенно расширить известные методы и критерии оценки функционального состояния респираторной сиоте>*ч при воздействии на организм человека моделируемых факторов космического полета.

2. Дыхание чистым кислородом в условиях моделирования не-

- 24 -

весомости методом водкой иммерсии сопровождается возрастанием величины и скорости образования гиперокоичео-ких ателектазов легких, по-видимому, за счет их гипер-волемии и гипергидратации, способстующих нарушении бронхиальной проводимости.

3. Физиологическими тестами, наиболее адекватно характеризующими начальные токсические признаки воздействия нор-мобарической гипероксии на легкие, являются методы измерения статических и динамических обьеыов легких, объемных и скоростных показателей форсированного дыхания.

4. Дыхание чистым (шслородоц в смеси о 4Х углекислого гааа оказывает выраженный антиателектатический эффект »следствие возникающей гипгрвентиляции легких.

В, }$ИХ2ийё чистым кислородом а условиях 3-часовой водной лшэрсии сопровождается увеличением содержания серсто-нина в конденсата выдыхаемого воздуха, что связано, по-видимому, о повр&ждающим действием кислорода на ан-цотелий татшшрав.

6. Моделирование невесомости методом АНОП в сочетании о физической нагрузкой выз^шает повышение концентрации в 'ОТ адреналовой группы катехолаштаов при снижении оо-

. деряанин Дофа и дофамина, что связано, по-видимому, о .Дефицитом продуктов длд их синтеза з условиях застоя геови в сосудистой системе легких.

7. Моделирование условий внекораОельной деятельности а ¿рСэфандре (физическая нагрузка руками а сочетании о ан-тиортозтат.гевским перераспределением ж ^гаях сред орга-

; иизма и дмкеяии чистым ¡агслорсдом ври пониженном баро-Кагри.чвС№''< давлении ) гызызазт повышение содержвдп а

- 25 -

конденоате выдыхаемого воздуха ПГГ2«, что косвенно может свидетельствовать об усилении тенденции к формировании абсорбционно-обтуршшонных ателектазов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Потенциирование токсических эффектов дыхания чистым кислородом в условиях невесомооти необходимо учитывать при определении времени работы в условиях гипо- и нор-мсбарической гиперокии.

Я. Антиателектатический эффект гипрекапническигипреокои-ческих смесей может быть использован для профилактики ателектазов легких в условиях космического полета.

3. Определение содержания серотонина в конденсате выдыхаемого воздуха может быть использовано в качестве раннего диагностического теста ' на гиперокоичесйое повреждение эндотелия легочных капилляров.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Метаболические функции легких // Бюллетень: "Авиакосмическая, гипербаричеокая медицина и биология", 1903, N3, С.3 ~8 (Соаьт. Баранов В.М., Тихонов М.А.).

2. Physiological snd metabolic lung functions darin? simulated weightlessness by water immersion and oxygen breathing // Proceedings Fifth European, Symposium on Life Soiences Research in ^paoe, Arcachon, France, Sept.26-0ct.l 1993, Book of Abstracts ' (Baranov V.M., Tikhonov M.A., Kotov A.N., Volkov M.Yu.).

- 26 -

Работы, принятые к публикации:

1. Респираторные и метаболические функции легких в условиях водной иммерсии тела и дыхания чистым кислородом // Направлена в Физиологический «урвал им. И.М.Сеченова (Соавт. Баранов В.М., Тихонов М.А., Волков М.О., Волошин В.Г., Котов А.И.).

2. Влияние факторов длите ль шх космических полетов на рео-пираторную систему человека // Направлена как доклад на клинн-ко-фиаиологичеокуп конференцию пря вольнице N (Соавт. Баранов В.М., Тихонов М.А., Волков М.Ю., Дорофеев Ю.Г., Котов А.Н.).