Реферат: Вікові особливості реакції організму на гіпоксичний стрес: механізми та шляхи підвищення стійкості до гіпоксії
Для обробки отриманих даних застосовувався статистичний аналіз із використанням комп'ютерних програм "Exel 2003" і "Statіstіca 6,0 for Wіndows".
Наукова новизна отриманих результатів. В дисертаційній роботі представлені нові дані, що розкривають механізми зниження стійкості до гіпоксії в похилому віці, розроблені методи підвищення стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Вперше комплексно вивчені вентиляторна і гемодинамічна відповіді на гіпоксію, реакція на гіпоксичний стрес дифузійної спроможності й рівномірності вентиляції легень, кисневотранспортної функції крові, мікроциркуляції, обміну кисню в тканинах, симпатоадреналової і про-антиоксидантної систем, вегетативної активності у людей похилого віку. Вперше показано, що зниження стійкості організму до гіпоксичного стресу при старінні проявляється зменшенням порога переносимості гіпоксичного навантаження, а також розвитком при цьому більш вираженої артеріальної гіпоксемії, тканинної гіпоксії та накопиченням лактату. Вперше з'ясовано, що основними чинниками, що визначають зниження стійкості до гіпоксії при старінні є зниження ефективності легеневого газообміну внаслідок зменшення дифузійної спроможності й рівномірності вентиляції легень; недостатня вентиляторна і гемодинамічна відповіді на гіпоксію внаслідок зниження ефективності хеморефлексу і чутливості синусового вузла серця до вегетативних впливів; недостатня реакція на гіпоксію з боку кисневотранспортної системи крові; зниження ефективності обміну кисню в тканинах внаслідок вікових порушень мікроциркуляції й розвитку дисфункції ендотелію. Вперше встановлено, що при гіпоксичному впливі розвиток компенсаторних реакцій визначається вираженістю артеріальної гіпоксемії й не пов'язаний з поліморфізмом HIF-1a. Вперше показано, що у відповідь на гіпоксію в людей похилого віку розвивається надмірна реакція симпатоадреналової системи й порушується про-антиоксидантний баланс організму.
Вперше обґрунтована ефективність застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і триметилгідразінію пропіонату для підвищення стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Показано, що застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і триметилгідразінію пропіонату підвищує стійкість до гіпоксичного стресу й здійснює позитивний вплив на організм людей похилого віку. При цьому інтервальні нормобаричні гіпоксичні тренування роблять більш комплексний й більш виражений вплив на організм людини похилого віку.
Практичне значення одержаних результатів. Показано, що для оцінки функціональних можливостей, адаптаційних резервів, рівня здоров'я, темпу старіння та ризику розвитку патології у людей похилого віку, необхідно проводити визначення стійкості організму до гіпоксії. Слід проводити гіпоксичну пробу з моніторуванням параметрів вентиляції, гемодинаміки і газообміну. Обґрунтовано використання розроблених вікових нормативів для коректної оцінки реакції організму на гіпоксичний вплив і стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Обґрунтовано застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і препарату антигіпоксичної дії “триметилгідразінію пропіонат” для підвищення стійкості до гіпоксії і корекції гіпоксичних зрушень у людей похилого віку. Показано, що для забезпечення максимальної ефективності і безпеки при проведенні інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань необхідно індивідуально підбирати рівень, що тренує, гіпоксичного впливу шляхом проведення гіпоксичної проби з контролем самопочуття і моніторування основних параметрів вентиляції, гемодинаміки й газообміну.
Впровадження результатів дослідження . Отримані дані використовуються в навчальному процесі на кафедрі терапії та геріатрії НМАПО ім. П.Л. Шупика, кафедрі ревматології та терапії НМАПО ім. П.Л. Шупика, кафедрі госпітальної терапії №1 і профпатології Дніпропетровської державної медичної академії, кафедрі нормальної фізіології медичного інституту Української асоціації народної медицини, кафедрі фармакології, нормальної та патологічної фізіології Інституту екології та медицини; впроваджені в клінічну практику в загально-терапевтичне та кардіологічне відділення Інституту геронтології АМН України, терапевтичне відділення №1 Київської міської клінічної лікарні №7, медичний центр “Авесана”, відділення бронхіальної астми Інституту фтизіатрії та пульмонології ім. Ф.Г. Яновського АМН України, лабораторію функціональних методів дослідження Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П. Філатова АМН України, спеціалізовану медико-санітарну частину №5 м. Славутич, поліклінічне відділення Кримської Республіканської клінічної лікарні ім. М.О. Семашко, Кримський медичний центр по обслуговуванню депортованих народів, що підтверджено актами впровадження.
За матеріалами дисертації отримані патенти “Спосіб визначення стійкості організму людини до гіпоксії” (патент України №7845), “Спосіб визначення функціонального віку організму людини” (патент України №14734), “Спосіб підвищення опорності до гіпоксії організму людини” (патент України №17698).
Особистий внесок здобувача. Автором самостійно обґрунтовані актуальність і необхідність проведення досліджень, сформульовані його мета та завдання. Проведений аналіз наукової літератури, патентний пошук та самостійно здійснений відбір пацієнтів. Підготовлені наукові публікації. Більшість досліджень, аналіз отриманих результатів, обробка даних, оформлення дисертаційної роботи, а також формулювання висновків і основних положень, які виносяться на захист, виконані автором самостійно.
Спільні дослідження проведені з співробітниками Інституту геронтології АМН України к.мед.н. Писаруком А.В. (фрагмент по аналізу варіабельності ритму серця), к.мед.н. Чижовою В.П. і Дужаком Г.В. (фрагмент по мікроциркуляції), Папугою М.С. (фрагмент по велоергометрії); співробітниками Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України д.б.н. Серебровською Т.В. і Беліковою М.В. (фрагмент по антиоксидантам, катехоламінам і HIF-1б); співробітниками Інституту ендокринології і обміну речовин АМН України ім. В.П. Комисаренко Івченко Л.М., Болинською Т.Ф. (фрагмент по кортизолу) і Наумчук Н.С. (фрагмент по лактату).
Автором не використовувались ідеї і розробки співавторів публікацій.
Матеріали кандидатської дисертації не використовувались при написанні докторської.
Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні положення дисертації були представлені на: міжгалузевій науково-практичній конференції “Оцінка ризику захворюваності від забруднення навколишнього середовища та впровадження нових технологій” (Київ, 2003); ІV Національному конгресі патофізіологів України з міжнародною участю (Чернівці, 2004); V Українській конференції молодих вчених, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2004); науковій конференції молодих вчених “Актуальні проблеми старіння”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2005); науково-практичній конференції “Терапевтичні читання: алгоритми сучасної діагностики та лікування внутрішніх хвороб”, присвяченій пам'яті академіка Л.Т. Малої (Харків, 2005); науково-практичній конференції “Сучасна медицина обличчям до терапевтичної практики” (Харків, 2005); другому Українсько-польському симпозіумі та симпозіумі Європейського респіраторного товариства “Актуальні проблеми пульмонології: патофізіологія, діагностика, лікування” (Київ, 2005); ІV національному конгресі геронтологів і геріатрів України (Київ, 2005); ІV Російській конференції (з міжнародною участю) “Гіпоксія: механізми, адаптація, корекція” (Москва, 2005); науковому симпозіумі “Актуальні проблеми фтизіатрії та пульмонології”, (Тернопіль, 2005); науковій конференції молодих вчених з міжнародною участю “Актуальні проблеми геронтології та геріатрії”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2006); XVІІ з'їзді Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю (Чернівці, 2006); ІІ Всеросійській науковій конференції “Мікроциркуляція в клінічній практиці” (Москва, 2006); Hіgh Altіtude Medіcіne and Bіology, Advanced Research Workshop (Іssyk-Kul, 2006); VІІІ World Congress Іnternatіonal socіety for adaptіve medіcіne (ІSAM) (Moscow, 2006); XXІ Congress of Polіsh socіety of lung dіseases. The thіrd symposіum of Polіsh-Ukraіnіan respіratory workіng group (Opole, 2006); науково-практичній конференції з міжнародною участю “Хронобіологія та хрономедицина: теоретичні та клінічні перспективи” (Чернівці, 2006); 66th Іnternatіonal conference “Hypoxіa іn Medіcіne” (Mіlan, Іtaly, 2006); науковій конференції молодих вчених з міжнародною участю “Біологічні основи розвитку патології пізнього віку”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2007); XІІ міжнародному симпозіумі “Еколого-фізіологічні проблеми адаптації” (Москва, 2007); науково-практичній конференції з міжнародною участю “Електронна охорона здоров'я” і науково-практичному симпозіумі “Інформаційні технології для клінічної практики”, (Харків, 2005); VІ European Congress “Healthy and actіve ageіng for all Europeans”, (Saіnt Petersburg, Russіa, 2007); міжнародній конференції “Комп'ютерна медицина-2007” (Роль інформаційних технологій в реформуванні охорони здоров'я”, (Харків, 2007); міжнародній науково-практичній конференції “Інноваційні технології в сучасній пульмонології” (ІV Українсько-польський пульмонологічний симпозіум), (Донецьк, 2007); науково-практичній конференції “Вікова поліморбідність і медикаментозна терапія” (Київ, 2007); засіданнях наукової ради сектора клінічної геронтології та геріатрії Інституту геронтології АМН України; засіданнях відділу клінічної фізіології та патології внутрішніх органів Інституту геронтології АМН України.
Апробація дисертації проведена на розширеному засіданні Вченої ради Інституту геронтології АМН України 19.10.2007 (протокол засідання № 10).
Публікації. Результати дисертації представлені у 54 публікаціях: 27 статей (десять з них одноосібно), що опубліковані у журналах, які рекомендовані ВАК України; 24 тези та 3 матеріали національних та міжнародних конгресів, з’їздів, симпозіумів, конференцій; отримано 3 патенти України.
Структура та обсяг дисертації. Робота викладена на 339 сторінках. Дисертація складається із вступу, літературного огляду, розділу “Матеріал та методи дослідження”, шістьох розділів власних спостережень, заключення, висновків, практичних рекомендацій, списку літератури (218 кирилицею і 233 латиницею). Робота ілюстрована 61 малюнком, містить 43 таблиці.
Основний зміст роботи
Матеріал та методи дослідження. Для рішення поставлених завдань усього було обстежено 405 практично здорових людей у віці від 20 до 80 років, які знаходилися на стаціонарному і амбулаторному обстеженні в загально-терапевтичному відділенні Інституту геронтології АМН України.
Групу практично здорових людей похилого та старечого віку складали люди 60-79 років, які за станом здоров'я відповідали віковим нормативам, розробленим в Інституті геронтології АМН України, без ознак гострих та хронічних захворювань, яки могли б впливати на досліджувані показники. В групу молодих здорових людей було включено особи 18-39 років, у яких не було скарг на стан здоров’я і при обстеженні у них не було виявлено ніяких порушень. Групу здорових людей зрілого віку складали особи 40-59 років без скарг на стан здоров’я та ознак будь-яких захворювань (табл. 1). Кожен з учасників дослідження дав письмову інформовану згоду на участь в дослідженнях.
Таблиця 1. Контингент обстежених осіб
| Вік, роки | Здорові | ||
| чоловіки | жінки | всього | |
| 18-39 | 38 | 39 | 77 |
| 40-49 | 27 | 25 | 52 |
| 50-59 | 27 | 26 | 53 |
| 60-69 | 63 | 58 | 121 |
| 70-79 | 49 | 53 | 102 |
| всього | 204 | 201 | 405 |
Для визначення реакції організму на гіпоксичний вплив нами проводилися функціональні гіпоксичні проби:
1. Гіпоксична проба з постійним рівнем гіпоксії (вміст О2 у вдихуваній газовій суміші 12%) протягом десяти хвилин. При цьому тривалість гіпоксичного впливу складала десять хвилин; тривалість як вихідного (перед гіпоксичним впливом), так і відновлювального (після гіпоксичного впливу) періодів складала п'ять хвилин. При проведенні гіпоксичної проби щохвилини моніторували SpО2 , показники вентиляції та газообміну в легенях – хвилинний об'єм дихання (VE), частоту дихання (F), дихальний об'єм (VT) і споживання кисню організмом за одну хвилину (VО2 ). Кожні п'ять хвилин моніторували показники центральної гемодинаміки – частоту серцевих скорочень, артеріальний тиск, а також показники варіабельності ритму серця. На початку та на 10 хвилині гіпоксії визначали стан мікроциркуляції і функцію ендотелію.
При виборі ступеня гіпоксичного впливу виходили з того, що зниження вмісту О2 у гіпоксичної суміші до 15-16% ще помітно не впливає на організм здорової людини, оскільки в цих умовах кисневі параметри артеріальної і венозної крові, а тим більше напруга О2 в у тканинах залишаються вище критичних рівнів. У той же час, при зниженні вмісту О2 у гіпоксичної суміші нижче 11,5-12% (відповідає 3500-4000 м над рівнем моря) напруга О2 в артеріальної крові та в тканинах може виявитися нижче критичної [Березовський В.Я. та ін., 2000; Горанчук В.В. та ін., 2003; Колчинская А.З. та ін., 2003; Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004; Коркушко О.В., Иванов Л.А., 1980]. Таким чином, застосування гіпоксичної суміші з 12% О2 викликає розвиток компенсаторних реакцій, але не приводить до критичної артеріальної гіпоксемії й тканинної гіпоксії;
2. гіпоксична проба з постійним рівнем гіпоксії (вміст О2 у вдихуваній газовій суміші 12%) протягом двадцяти хвилин. Створення гіпоксичного стану, тривалість вихідного і відновлювального періодів, а також моніторування SpО2 , показників вентиляції та газообміну в легенях, показників центральної гемодинаміки і варіабельності ритму серця була аналогічною десятихвилинній гіпоксичній пробі, однак тривалість гіпоксичного впливу складала двадцять хвилин. На початку, на 10 та на 20 хвилинах гіпоксичного впливу визначали стан мікроциркуляції та функцію ендотелію. У вихідному стані (перед гіпоксичним впливом) та на 20 хвилині гіпоксичного впливу визначали хвилинний серцевий викид (Q), периферичний опір судин (ПОС), здійснювали забір венозної крові для визначення: катехоламінів плазми крові, що відображають гормональну складову симпатоадреналової системи – адреналіну, норадреналіну, дофаміну, ДОФА; кортизолу, що відображає реакцію організму на стрес; показників ПОЛ, що відображають стан вільнорадикальних процесів, і антиоксидантного захисту – супероксиддисмутази (СОД), каталази (КАТ), продуктів, що реагують із тіобарбитуровою кислотою (ТБК) (відображає вміст малонового діальдегіду); молочної кислоти. Вміст газів крові (Ра О2 , Ра СО2 ) та кислотно-лужний стан (рН, сНСО3 , ВЕ) – найважливіших параметрів газообміну, що відображають реакцію організму на гіпоксичний вплив – визначали в артериализованої капілярної крові на початку та на 20 хвилині гіпоксичної проби. Перед гіпоксичним впливом і одразу після нього визначали Dlco по окисі вуглецю методом стійкого стану на апараті “Годарт” (Голландія), РВЛ – методом розведення гелію за допомогою геліометра “ПООЛ 1” (СРСР), обмін О2 у тканинах – полярографічним методом на полярографі “LP-7” (Чехословаччина);
3. гіпоксична проба з безперервно зростаючим рівнем гіпоксії (зворотне дихання). Для вивчення реакції на безперервно зростаючу гіпоксію і визначення індивідуального гіпоксичного порога проводили гіпоксичну пробу з поступовим зменшенням концентрації О2 у вдихуваній газовій суміші на апаратному комплексі “Гіпотрон” (Україна) під контролем вмісту О2 у вдихуваному повітрі. При проведенні гіпоксичної проби проводили моніторування параметрів вентиляції, гемодинаміки, ЕКГ, SpО2 . Гіпоксичну пробу припиняли при досягненні граничних значень показників вентиляції, гемодинаміки, SpО2 , вмісту О2 у вдихуваній газовій суміші за розробленими критеріями (патент України №7845).
Для підвищення стійкості до гіпоксії у людей похилого віку застосовували інтервальні нормобаричні гіпоксичні тренування (ІНГТ) та препарат антигіпоксичної дії триметилгідразінію пропіонат (ТП) (“мілдронат”, “Grindex”, Латвія).
Гіпоксичні тренування проводились на апаратному комплексі “Гипотрон” (Україна), під контролем вмісту О2 у вдихуваному повітрі за розробленою методикою (патент України №17698) . Курс тренувань складався з 10 щоденних сеансів, кожний з яких містив у собі цикли, що чергуються, 5 хвилинного дихання гіпоксичною сумішшю та 5 хвилинного дихання атмосферним повітрям (усього 3 п'ятихвилинних цикли дихання гіпоксичною сумішшю). Перед курсом тренувань визначали індивідуальний тренуючий рівень гіпоксії за розробленою методикою (патент України №7845).
Триметилгідразінію пропіонат призначався щодня протягом 10 днів, по 5 мл 10% розчину внутрівенно струйно 1 раз на добу.
Групою порівняння служили люди похилого віку, які замість гіпоксичної суміші дихали повітрям. Режим і тривалість дихання повітрям були аналогічні гіпоксичним тренуванням.
Пацієнти похилого віку, які отримували гіпоксичні тренування, триметилгідразінію пропіонат або дихали повітрям не займалися спортом, не були тренованими, мали звичайний рівень фізичної активності, раніше не отримували гіпоксичних тренувань.
Стан вентиляції та газообміну в легенях вивчали за допомогою автоматичного газоаналізатора “Oxicon-4” (фірма “Minhart”, Нідерланди). Визначення сатурації крові, числа серцевих скорочень, артеріального тиску, варіабельності ритму серця проводили за допомогою кардіомонітора “UM-300” (фірма “ЮТАС”, Україна). Хвилинний серцевий викид і периферичний опір судин визначали методом тетраполярної реографії на апараті “Медіана-1” (СРСР). Мікроциркуляцію та функцію ендотелію оцінювали шляхом визначення об’ємної швидкості шкіряного кровотоку (ОШШК) в області верхньої кінцівки, в області чола та при проведенні проби з реактивною гіперемією за методом Коркушко О.В. та ін. (2001) за допомогою лазерного допплерівського флоуметра (“BLF 21D”, фірма “Transonic S. Inc.”, США). Інтенсивність вільнорадикальних процесів визначали в плазмі венозної крові по концентрації продуктів, що реагують із ТБК. Стан антиоксидантної системи визначали за активністю СОД і КАТ. Активність КАТ оцінювали в реакції розщеплення перекису водню в присутності молебдата амонію по методу Королюк М.А. та ін. (1988), активність СОД – у плазмі крові по методу Чеварі С. та ін. (1985). Визначення концентрації катехоламінів проводили в плазмі венозної крові методом окислювання і наступної флуоресценції за допомогою спектрофлуоріметра “FVA” (“Hitachi”, Японія) за модифікованим методом Jacobwith P.M., Richardson J.S. (1979). Гази крові та кислотно-лужний стан у артеріализованої капілярної крові визначали на аналізаторі “AVL OMNI” (Австрія). Визначення рівня лактату проводили в венозної крові ензиматично-амперметричним методом на апараті “Super GL” (фірма “Dr. Muller”, Німеччина). Вміст кортизолу визначали в плазмі венозної крові радіоімунним методом за допомогою наборів “Cortisol RIA” (фірма “Immunnotech”, Чехія). Визначення HIF-1a проводили в цільній крові з використанням наборів “DIAtom DNA Prep100” (“Ізоген”, Росія) та за допомогою методу полімеразної ланцюгової реакції з наступним рестрикційним аналізом. Дослідження функції зовнішнього дихання проводили на апараті “Пневмотахограф” (фірма “Годарт”, Голландія), рівень Hb визначали фотометрично по загальноприйнятій методиці геміглобінціанідним методом, для аналізу HRV здійснювали безперервну реєстрацію ЕКГ протягом доби за допомогою монітора “РР-101/24” фірми “Сольвейг” (Україна), для оцінки змін добового артеріального тиску здійснювали безперервну реєстрацію артеріального тиску протягом доби за допомогою монітора “ABPM-04” (“Meditech“, Угорщина), для відтворення стану психоемоційної стресорної напруги застосовували лабораторну модель психоемоційної напруги – комп'ютерне завдання вибору (розроблена співробітниками Інституту геронтології АМН України А.В. Писаруком і І.А. Антонюк-Щегловой), навантажувальні тести виконувалися на велоергометрі з реєстрацією ЕКГ на електрокардіографі “6-NEK-4” (Німеччина), визначення 2,3-дифосфогліцерату проводили за методикою дефосфорілювання органічних фосфатів і наступному визначенні неорганічного фосфору за Віноградовою І.Л. та ін. (1980).
Для обробки отриманих даних використався статистичний аналіз з використанням критерію Ст'юдента та кореляційного і регресійного аналізу за допомогою комп'ютерних програм “Excel 2003” і “Statіstіca 6,0 for Wіndows”.