Механизмы регуляции дыхания и гемодинамика при постуральных воздействиях.
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.П. ПАВЛОВА
на правах рукописи
ДОНИНА Жанна Альбертовна
Механизмы регуляции дыхания и гемодинамика при постуральных воздействиях.
Специальность: 03.03.01 - физиология
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание учёной степени
доктора биологических наук
Санкт-Петербург
2011
Работа выполнена в лаборатории физиологии дыхания Института физиологии
им. И.П. Павлова РАН
| Научный консультант: | доктор биологических наук Александрова Нина Павловна | |
| Официальные оппоненты: | академик РАН, доктор биологических наук, профессор Ноздрачев Александр Данилович Санкт-Петербургский государственный университет | |
| доктор медицинских наук, профессор Катунцев Владимир Петрович Институт медико-биологических проблем РАН | ||
| доктор биологических наук, профессор Балыкин Михаил Васильевич Институт медицины, экологии и физической культуры Ульяновского государственного университета. | ||
| Ведущая организация: | Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН | |
Защита состоится «___»_______________2011 г. в ____часов на заседании диссертационного совета Д 002.020.01 при Институте физиологии им И.П. Павлова РАН (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им. И.П. Павлова РАН
Автореферат разослан «____» __________2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор биологических наук Ордян Н.Э.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Одним из наиболее важных гравитационно-зависимых факторов действующих на организм человека и животных является гидростатический компонент давления крови и других биологических жидкостей, который формируется в результате проявления силы тяжести (Gauer, Henry, 1963; Пестов 1997). Изменение положения тела в пространстве по отношению к вектору гравитации (постуральных воздействий) сопровождается перераспределением жидкостных сред организма в соответствии с направлением гидростатических сил в сосудистой системе. Важным последствием перемещения объемов крови являются взаимообусловленные реакции со стороны различных физиологических систем организма, в развитии которых существенное значение принадлежит изменению показателей общей гемодинамики, состояния сердечно-сосудистой функции и кровообращения в отдельных органах.
Поскольку перераспределение крови, возникающее при постуральных воздействиях, изменяет кровенаполнение легочных сосудов и нарушает легочную гемодинамику, то происходящие сдвиги кровообращения в легких будут непосредственным образом отражаться на функциональном состоянии и регуляторных механизмах дыхательной системы (Дворецкий, 1994; Bettinelli et al., 2002).
Влияние антиортостатического положения на реакции системы кровообращения и дыхания исследовано в гораздо меньшей степени, чем ортостатического. Интерес к изучению антиортостатического воздействия значительно возрос в связи с интенсивным освоением космического пространства. В практике космической медицины антиортостатическое положение используется в качестве функциональной пробы, воспроизводящей перераспределение крови в краниальном направлении, характерное для условий невесомости. Полученный к настоящему времени экспериментальный материал, позволяет провести физиологические параллели между влиянием реальной невесомости и антиортостатической моделью (Михайлов и др., 1979; Газенко, Григорьев, 1980; Газенко, Касьян, 1990; West, 1991; Генин, Пестов, 1997; White, Blomqvist, 1998; Prisk et al., 2002; Григорьев, Баранов, 2003).
Исследование функции внешнего дыхания и газообмена при моделировании физиологических эффектов невесомости и в условиях космического полета, свидетельствует об изменении структуры легочных объемов и емкостей, вязкостно-эластического сопротивления легких и паттерна дыхания (Касьян, Макаров, 1974; Paiva, Estenne, Engel, 1989; West, 1991; Баранов, 1993; West, Prisk, 1999; Wantier et.al., 1998; Prisk, 2000; Montmerle, Linnarsson, 2002; Bettinelli et.al., 2002). Это свидетельствует об ухудшении функционального состояния респираторной системы. Однако механизмы регуляции легочной вентиляции и газообмена, в этих условиях, практически не исследованы.
Немногочисленные работы по исследованию газообмена в космическом полете и модельных исследованиях, обнаружили тенденцию к развитию гипоксемии и ретенции двуокиси углерода в организме. Имеются данные о смещении кислотно-основного состояния крови в сторону ацидоза, застойной венозной ишемии и гипоксии мозга, изменении состава спинномозговой жидкости (Берри, 1975; Катков и др., 1977; Голиков и др., 1980; Матвеев, 1987; Баранов, 1993). Это дает основания предполагать о возможном изменении уровня афферентации, поступающей в дыхательный центр от центральных и периферических хеморецепторов.
Учитывая вышеизложенное, следует признать, что роль гуморальных и нейрогенных компонентов лежащих в основе формирования компенсаторных реакций системы дыхания на гравитационные воздействия окончательно не выяснена и требует дальнейшего углубленного изучения.
Большую теоретическую и практическую значимость приобретают исследования влияния изменения эластической нагрузки на дыхательный аппарат в связи с применением профилактических методов коррекции гемодинамических сдвигов, возникающих в условиях невесомости, большинство из которых основано на сдвигах внутригрудного давления и сопровождаются физиологическими изменениями дыхательной и сердечно-сосудистой системы (Генин, Пестов, 1972; Пестов и др., 1972; Катков и др., 1983; Генин и др., 1983; Баранов, Тихонов, Дегтярев, 1991; Halliwill et al., 1998; Баранов и др., 2001; Kitano et al., 2005).
Разработка и совершенствование средств и методов профилактики, направленных на улучшение общего физического состояния и работоспособности космонавтов на начальном этапе действия невесомости, повышение ортостатической устойчивости после длительной гипокинезии или пребывания в невесомости имеет существенное практическое значение. Несмотря на большое количество теоретических обоснований применения различных профилактических средств, данная проблема в настоящее время пока еще находится в стадии развития (Генин, Пестов, 1997; Arbeille et al., 1999; Custaud et al., 2000; Millet et al., 2000). Для ее оптимального решения необходима как разработка новых средств профилактики и их технической реализации, так и инвазивная верификация в исследованиях на животных уже известных методов, проведение детального физиологического обоснования эффективности и адекватности способов коррекции гемодинамических сдвигов, на основании изучения межсистемных реакций дыхания и кровообращения при постуральных воздействиях.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение механо- и хеморецепторных механизмов регуляции дыхания, резервных возможностей дыхательной системы и межсистемных соотношений дыхания и кровообращения в условиях антиортостатического воздействия.
Основные задачи исследования:
- Изучить взаимозависимые реакции внешнего дыхания и центральной гемодинамики, вызванные пассивным переходом из горизонтального в орто- и антиортостатическое положение.
- Исследовать влияние антиортостатического положения на объемно-временные параметры и механические характеристики аппарата внешнего дыхания.
- Изучить механизмы регуляции и резервные возможности системы внешнего дыхания при антиортостатическом воздействии. Выявить роль афферентной системы легких в механизмах компенсации респираторных эффектов антиортостаза.
- Исследовать влияние антиортостатического положения на хеморецепторные механизмы регуляции дыхания. Оценить роль центральной и периферической хеморецепции в формировании респираторных реакций на антиортостаз.
- Изучить динамику внутригрудного и центрального венозного давления в инспираторной и экспираторной фазе при изменении механических свойств и конфигурации грудной клетки. Определить физиологическое состояние биомеханики дыхания и гемодинамики в условиях земной гравитации соответствующее невесомости.
- Показать эффективность и привести физиологическое обоснование дискретного (ДОД) и комплексного баровоздействия (ДОД и ОДНТ) в антиортостатическом положении для снижения увеличенного кровенаполнения сосудистой системы головы и трансформации гемодинамических показателей, характерных для ортостатического положения.
- Изучить возможность применения интервальной гипоксической тренировки для снижения интенсивности ортостатических реакций кардиореспираторной системы. Определить оптимальный диапазон и режим гипоксического воздействия для предотвращения нарушений циркуляторного гомеостаза при пассивном ортостазе.
Научная новизна исследования. Впервые было установлено, что в орто- и антиортостатическом положении возникают взаимообусловленные реакции дыхания и кровообращения, которые зависят от интенсивности и направленности применяемых воздействий. Было показано, что в антиортостатическом положении происходит увеличение резистивного и эластического компонента сопротивления дыханию, что свидетельствует об увеличении механической нагрузки на дыхательную систему. Впервые показано, что в ответ на антиортостатическое воздействие развивается компенсаторная реакция дыхательной системы, которая выражается в увеличении общего инспираторного усилия, направленного на минимизацию изменений легочной вентиляции.
Получены приоритетные данные, позволяющие сделать вывод о том, что постуральные воздействия не только изменяют структуру легочных объемов и биомеханику дыхания, как было известно ранее, но влияют также на центральные механизмы регуляции дыхания. Впервые определено участие механо- и хеморецепторных механизмов регуляции дыхания и их относительный вклад в оптимизацию легочной вентиляции в условиях антиортостатического положения.
Впервые установлено, что снижение резервных возможностей дыхательной системы в условиях антиортостатического положения может быть связано не только с ухудшением функционального состояния дыхательных мышц, но и с изменениями хемо- и механорецепторных механизмов регуляции дыхания. Получены новые данные, указывающие на то, что в условиях антиортостатической нагрузки может происходить ослабление афферентного потока от рецепторов растяжения легких. Установлено, что легкие находятся в состоянии, которое можно охарактеризовать как «функциональную ваготомию», вызванную снижением легочных объемов и скорости инспираторного потока. Показано, что в этом состоянии, ослаблена обратная объемная связь дыхательного центра с легкими, реализующаяся посредством рефлекса Геринга-Брейера.
Впервые установлена ведущая роль центральной хеморецепции в регуляции дыхания в условиях антиортостаза. Обнаружено ослабление вклада периферических хеморецепторов в рефлекторные механизмы регуляции дыхания в антиортостатическом положении.
Исследование динамики внутригрудного и центрального венозного давления в различные фазы дыхательного цикла позволило впервые установить сходство межсистемных соотношений биомеханики дыхания и гемодинамических сдвигов в инспираторной фазе в условиях земной гравитации и в невесомости.
Предложено техническое решение и проведено физиологическое обоснование эффективности методов коррекции негативных гемодинамических сдвигов, возникающих в условиях антиортостатического перераспределения крови в краниальном направлении. Впервые показано, что влияние дискретного баровоздействия – дыхание под отрицательным давлением (ДОД) обеспечивает в антиортостатическом положении трансформацию гемодинамических показателей до величин, соответствующих горизонтальному положению. Влияние комплексного воздействия ДОД и отрицательного давления на нижнюю часть туловища (ДОД и ОДНТ) трансформирует гемодинамические параметры к величинам, характерным для вертикального положения,
Впервые была показана возможность использования интервальной гипоксической тренировки (ИГТ) в качестве метода снижения интенсивности ортостатических реакций сердечно-сосудистой системы после антиортостатического воздействия. Конструктивное воздействие ИГТ на систему кровообращения, выражалось в повышении ортостатической устойчивости в результате преимущественного вклада сосудистого, чем сердечного компонента системной реакции в компенсацию ортостатической гипотензии.
Положения, выносимые на защиту.
- Гемодинамические реакции при постуральных воздействиях вызывают сопряженные перестройки в системе внешнего дыхания: изменение структуры легочных объемов и механических характеристик дыхательного аппарата. Антиортостатическое положение приводит к снижению дыхательного объема, минутной вентиляции легких и к повышению сопротивления дыханию, что свидетельствует об увеличении механической нагрузки на дыхательную систему.
- В антиортостатическом положении развиваются компенсаторные реакции системы дыхания, направленные на минимизацию изменений легочной вентиляции, опосредованные механо- и хеморецепторным контуром регуляции дыхания. В основе механорефлекторного механизма лежит ослабление афферентной импульсации от рецепторов растяжения легких, что приводит к повышению общего инспираторного усилия. Хеморефлекторные механизмы компенсации осуществляются преимущественно за счет усиления роли центральной хеморецепции.
- Антиортостатическое воздействие вызывает снижение резервных возможностей системы дыхания, обусловленное ослаблением афферентной импульсации от механорецепторов легких и снижением вклада периферической хеморецепции в механизмы регуляции дыхания.
- В основе физиологических механизмов методов коррекции неблагоприятных гемодинамических сдвигов, вызванных антиортостатическим положением, лежат межсистемные взаимоотношения дыхания и кровообращения. Основным фактором, способствующим трансформации гемодинамических параметров к величинам, характерным для вертикального положения, является усиление присасывающего действия грудной клетки в результате снижения внутригрудного давления.
- Применение интервальной гипоксической тренировки повышает тонус венозных сосудов, способствуя усилению роли сосудистого компонента в компенсации ортостатических реакций сердечно-сосудистой системы.
Теоретическое и практическое значение работы. Полученные данные расширяют существующие в настоящее время представления о роли центральных механизмов регуляции дыхательной системы, межсистемных соотношений дыхания и кровообращения в процессе адаптации организма человека и животных к экстремальным факторам окружающей среды. Изучение особенностей механизмов регуляции дыхания в условиях центральной гиперволемии, вызванной антиортостатическим положением, вносит существенный вклад в развитие теоретических основ физиологии. Результаты выполненного исследования могут быть полезными для теории и практики гравитационной физиологии, т.к. позволяют уточнить роль респираторной и сердечно-сосудистой системы в адаптации организма к невесомости.
Значительную теоретическую и практическую значимость представляют данные, полученные при исследовании влияния изменения эластической нагрузки на дыхательный аппарат. Подобные сдвиги трансторакального и транспульмонального давлений наблюдаются при искусственной вентиляции легких, в условиях водной иммерсии, в дыхательных аппаратах при глубоководных погружениях и аварийных ситуациях в условиях высотного полета и др.
Физиологическое обоснование способов коррекции негативных гемодинамических сдвигов возникающих в условиях моделируемой невесомости может быть полезным для практики космической физиологии и медицины в целях применения данных методов для решения научных, экспертных, прогностических и тренировочных медико-биологических задач в космических полетах.
Полученные в работе данные о снижении интенсивности ортостатических реакции сердечно-сосудистой системы методом интервальной гипоксической тренировки могут быть использованы в качестве средства, повышающего ортостатическую устойчивость после космических полетов и длительной гипокинезии в клинической практике.
Изучение реакций дыхания и кровообращения в антиортостатическом положении имеет большое теоретическое и прикладное значение для медицинской практики. Последние десятилетия ознаменовались интенсивным развитием лапароскопической хирургии, при которой используется положение Тренделенбурга (антиортостатическое положение пациента на хирургическом столе). Такое положение тела особенно сказывается на функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы и дыхания. Абсолютное большинство патофизиологических изменений обусловлено легочными осложнениями, возникающими в послеоперационном периоде, которые являются частой причиной летальных исходов и заболеваний, нарушающих процесс выздоровления
Совокупность представленных данных расширяет представления о возможных путях развития патологических изменений в системе дыхания вызванных центральной гиперволемией, которая сопутствует ряду заболеваний органов дыхания, таких как: бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь легких, синдром сонного апноэ и др.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены: на Международной Конференции “Механизмы функционирования висцеральных систем” посвященой 150-летию со дня рождения акад. И.П.Павлова. Санкт-Петербург, 1999; на Российской конференции «Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях» (Москва, 2000); на 13 конференции «Humans in space» Symposium Exploring Space (Santorini, Greece, 2000); на XVIII съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Казань, 2001); на Конференции «Medizin und Mobilitat» (Германия, 2001); на XII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2002); на Конгрессе «Человек в экстремальных условиях: проблемы здоровья, адаптации и работоспособности» (Москва, 2002); на конференции «Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям» (Москва, 2003); на 19 съезде Физиологического Общества им. И.П. Павлова. (Екатеринбург, 2004); на Рабочем совещании «Биомеханика» (Санкт-Петерург, 2005); на XIII Конференции по космической биологии и авиакосмической медицине (Москва, 2006); на VIII Мировом конгрессе ISAM (Москва, 2006); на XX съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 2007); на V Всероссийской конференции с международным участием, посвященная 100-летию со дня рождения В.Н.Черниговского «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2007); на Рабочем совещании «Биомеханика-2007» (Санкт-Петербург, 2007); на VI Всероссийской конференции с международным участием, посвященная 50-летию открытия А.М. Уголевым мембранного пищеварения. (Санкт-Петербург, 2008); на Международной конференции «Advances in Pneumology», Германия, Лейпциг, 2009; на VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященная 160-летию со дня рождения И.П.Павлова (С.-Петербург, 2009), на 21 Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010); на Всероссийской конференции с международным участием «Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды», посвященная 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (Санкт-Петербург, 2010).
Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации отражено в 39 публикациях в отечественной и зарубежной печати, в том числе 18 статей в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, выводов и списка цитируемых работ. Объем диссертации составляет 304 страниц печатного текста, включая 31 рисунок и 11 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 395 названий, из которых 138 отечественных и 257 зарубежных источников.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа выполнена в условиях острых опытов на 43 наркотизированных (уретан, 1000 мг/кг) и трахеостомированных кошках массой 3,0-3,5 кг, 25 кроликах, массой 2,5-3,0 кг и 120 лабораторных крысах линии Wistar, массой 250-300 г.
В процессе проведения экспериментов регистрировались следующие показатели: объемная скорость инспираторного потока (Vi), дыхательный объем (ДО), частота дыхания (ЧД), пищеводное давление (внутригрудное) (ВГД), окклюзионное давление, трахеальное давление (Ptr), функциональная остаточная емкость (ФОЕ), систолическое и диастолическое давление в общей сонной и бедренной артерии (АДс, АДд), давления в передней полой, наружной яремной и бедренной венах (ЦВД, Pяр.в., Pбедр.в.), частота сердечных сокращений (ЧСС), парциальное давление О2 и СО2 в конечной порции выдыхаемого газа (PETO2, PETCO2). Производился расчет минутной вентиляции легких (МОД), резистивного сопротивления дыханию (R), растяжимости легких (С), давление наполнения правого предсердия (ЦВДtm), показатели: МОД/РАСО2 и ВГД/РАСО2, МОД/РАО2 и ВГД/РАО2. В качестве экспериментальных воздействий применялись постуральные пробы: ортостатическая (ОП) с углом +30°, +75° и антиортостатическая (АОП) с углом -6°, -15°, -30° относительно горизонтального положения; дыхание под отрицательным и положительным давлением, отрицательное давление на нижнюю половину тела, изменение эластической нагрузки на грудную клетку. В качестве функциональных проб использовали ингаляцию газовых смесей с различным фракционным содержанием О2 и СО2, билатеральную цервикальную ваготомию, конечно-экспираторную окклюзию дыхательных путей.
Эксперименты производились с соблюдением основных норм и правил биомедицинской этики (Авиакосмическая и экологическая медицина, 2001, т.35, с.14-20).
Метод общей плетизмографии тела. Нами была разработана и сконструирована плетизмографическая камера объемом 20 л3, в боковые панели, которой были вмонтированы преобразователи давлений. Данный метод позволял регистрировать параметры внешнего дыхания у кошек, растяжимость легких, функциональную остаточную емкость в условиях интактного дыхания, постуральных воздействий, компрессии и декомпрессии грудной клетки.
Метод пневмотахографии. Объемно-временные параметры дыхания у крыс определяли с использованием метода пневмотахографии, основанного на регистрации объемной скорости воздушного потока. Регистрацию скорости инспираторного потока, калибровку и анализ экспериментальных данных производили с использованием аппаратно-программного комплекса “Biograph” (ГУАП, Санкт-Петербург), совмещенного с персональным компьютером IBM PС.
Метод возвратного дыхания. Этот метод с постоянным убыванием О2 или нарастанием СО2 применяется для исследования реакции дыхания на хеморецепторные стимулы. Тест проводится при дыхании в «замкнутом цикле» в/из емкости, заполненной, гипоксической или гиперкапнической газовой смесью. Во время дыхания газовой смесью с измененным содержанием О2 или СО2 происходит быстрое уравновешивание этих газов в мешке, легких и крови. Дальнейший рост СО2, или снижение О2 в системе обусловлен либо продукцией СО2 тканями, или потреблением О2, которое происходит в достаточной степени равномерно. В результате такого тестирования получают реакцию легочной вентиляции на нарастающий гиперкапнический или гипоксический стимул.
Масс-спектрометрический метод регистрации газового состава выдыхаемого воздуха. Регистрация газового состава выдыхаемого воздуха осуществлялась с использованием малоинерционного квадрупольного масспектрометра МС7-100 (ИАП РАН, Санкт-Петербург). До и после эксперимента проводили калибровку, используя три смеси с различным фракционным содержанием О2 и СО2. Парциальное давление О2 и СО2 рассчитывали по калибровочному графику.
Дыхание под отрицательным давлением (ДОД). Нами был сконструирован макет устройства, позволяющий животным осуществлять дыхание под отрицательным давлением (-5 см вод. ст.). Адекватность воздействия ДОД оценивалась по градиентам давления в трахее и пищеводе. Перепад давления в трахее соответствовал (-)5,2±0,4 см вод.ст., в грудной полости (-)5,4±0,3 см вод.ст., соответственно, что свидетельствовало о снижении транспульмонального давления на заданную величину.
Метод отрицательного давления на нижнюю половину тела (ОДНТ). Для проведения функциональной пробы с ОДНТ (-20 см вод.ст.) была сконструирована декомпрессионная камера, в которую помещалась задняя часть туловища животного с предварительно катетеризированными сосудами. Регистрация давлений в бедренной артерии и вене производилась относительно величины декомпрессии в камере дифференциальными манометрами.
Методика изменения трансторакального и транспульмонального давлений. Перепады трансторакального давления (внешнегрудного) от +5 до –5 см вод.ст. осуществляли компрессией или декомпрессией в плетизмографической камере. Отрицательное транспульмональное (внутригрудное) давление создавали дыханием под отрицательным давлением (ДОД), вдох и выдох осуществлялся из резервуара, в котором создавалось разрежение (-5 см вод.ст.).
Интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ) осуществлялась методом возвратного дыхания. Животное через трахеостомическую трубку соединялось с замкнутой системой, вдох производился из мешка, заполненного нормоксической газовой смесью (20,6% О2), выдох производился в этот же мешок через патрон с химпоглотителем (для удаления СО2). Кислород в системе уменьшался по мере его потребления животным, постепенное снижение О2 до 12 % происходило в течение 10-минут. Содержание О2 в газовой смеси измеряли кислородным датчиком типа ДК-21 (фирма “Инсофт”).
Статистическая обработка. Графическую регистрацию и первичный анализ экспериментальных данных производили с использованием аппаратно-программного комплекса “Biograph” (ГУАП, Санкт-Петербург), совмещенного с персональным компьютером IBM PС. Статистическая обработка данных производилась компьютерными средствами с использованием программы Microsoft Excel, вычисляли среднюю величину и ошибку средней регистрируемых показателей. Достоверность различий оценивали с помощью t-критерия по Стьюденту. Различия считали достоверными при p<0,05.
В двух сериях экспериментов был проведен линейный регрессионно-корреляционный анализ, позволивший выявить характерные связи между величинами исследуемых параметров и прогрессирующим приростом хеморецепторных стимулов.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Динамика параметров внешнего дыхания и гемодинамических показателей при кратковременных постуральных воздействиях.
При исследовании зависимости функционального состояния кардиореспираторной системы от гравитационных воздействий мы исходили из предположения, что первичные сдвиги исследуемых параметров в переходном периоде постуральных влияний являются пассивными и обусловлены механическими причинами – изменением гидростатического давления. Пусковым моментом для развития адаптивных реакций дыхательной и сердечно-сосудистой систем в этих условиях является, по-видимому, перераспределение жидкостных сред организма и связанная с этим перестройка гемодинамики (Leach, 1987; Butler, Xing, Hughson, 1990; Convertino, 1996).
Поэтому основной задачей первого этапа исследования явилось выявление зависимости структуры легочных объемов, биомеханических характеристик дыхательного аппарата и объемно-временных показателей дыхания от гемодинамических сдвигов, вызванных пассивным, ступенчатым изменением положения тела из горизонтального в орто- и антиортостатическое.
1.1. Гемодинамика при переходе из горизонтального в орто- и антиортостатическое положение.
Как показали результаты экспериментов, пассивный переход из горизонтального положения в орто- и антиортостатическое положение, сопровождался разнонаправленными гемодинамическими сдвигами в каудальной и краниальной части туловища. Давление в бедренной артерии и вене увеличивалось при переходе в ОП тогда, как в АОП значение этих показателей снижалось. ЦВД и Pяр.в. в ОП уменьшалось, а в АОП – увеличивалось (рис.1).
Таким образом, полученные результаты выявили разнонаправленные гемодинамические сдвиги в верхней и нижней части туловища при орто- и антиортостатическом воздействии, что свидетельствует об адекватности выбранной нами модели для исследования постуральных влияний на реакции кардио-респираторной системы.
Рис. 1. Влияние постуральных воздействий на гемодинамические показатели в краниальной и каудальной части тела у кошек.
По оси абсцисс: горизонтальное положение, ортостатическое положение (ОП+75°), антиортостатическое положение (АОП-30); по оси ординат: давление в бедренной артерии (А), бедренной вене (Б), в передней полой вене (В), в наружной яремной вене (Г).
1.2. Влияние постуральных воздействий на биомеханические характеристики дыхательного аппарата и структуру легочных объемов.
Для выяснения зависимости структуры легочных объемов и биомеханических характеристик дыхательного аппарата от сдвигов гемодинамики у наркотизированных кошек определяли растяжимость (С) и функциональную остаточную емкость легких (ФОЕ) в переходном периоде орто- и антиортостатического положения с различными углами наклона: АОП -6°, -15°, -30°; ОП - +30 и +75. Длительность экспозиции на каждой ступени составляла 1 минуту.
Рис. 2. Зависимость структуры легочных объемов и биомеханических характеристик дыхательного аппарата от гемодинамических реакций при ортостатической (I) и антиортостатической (II) пробе различной интенсивности.
По оси абсцисс: ортостатическое и антиортостатическое положение с различными углами наклона тела по отношению к горизонтальному положению. По оси ординат: изменение величин регистрируемых параметров в процентах к фону (горизонтальное положение). Pяр.в. – давление в наружной яремной вене, ЦВД – давление в передней полой вене, растяжимость легких (compliance), ФОЕ – функциональная остаточная емкость легких
Как следует из представленных графиков, динамика ФОЕ и С как в орто-, так и антиортостатическом положении имеет противоположную направленность от гемодинамических параметров. При этом выраженность сдвигов ФОЕ и С находится в линейной зависимости от степени проявления гемодинамических реакций, обусловленных изменением условий кровообращения (при различных углах наклона), что указывает на интеграцию систем кровообращения и дыхания при постуральных воздействиях.
Таким образом, установлено, что структура легочных объемов и биомеханические характеристики дыхательного аппарата зависят от степени проявления гемодинамических сдвигов, обусловленных перераспределением масс крови при изменении положения тела в пространстве.
2. Роль афферентной системы легких в механизмах компенсаторных реакций дыхательной системы на антиортостатическое воздействие.
2.1. Реакции системы внешнего дыхания на антиортостатическую нагрузку у интактных животных.
Эксперименты, проведенные на интактных крысах, показали, что изменение паттерна дыхания начинается сразу после перевода животного в АОП, достигая достоверных значений к 30-й минуте экспозиции. В АОП происходило снижение максимальной скорости инспираторного потока на 28% (p<0,05), ДО на 18 % и МОД на 14 % (p>0,05), соответственно. Отмечалась тенденция к снижению ЧД на 6% (p>0,05). При этом наблюдался резкий рост инспираторного ВГД в среднем до 216±17% (p<0.05). Снижение скорости вдоха, ДО и МОД на фоне увеличения негативности инспираторного ВГД, характерны для дыхания с повышенным сопротивлением. Расчет сопротивления дыхательных путей показал, что в АОП происходит увеличение резистивного и эластического компонентов сопротивления, на 50% и 90% (p<0,05) соответственно, по сравнению с горизонтальным положением.
Рост инспираторного ВГД в АОП свидетельствует о компенсаторном усилении сократительной активности дыхательной мускулатуры направленной на преодоление добавочного сопротивления дыханию и обеспечение адекватного уровня вентиляции легких в этих условиях.
Снижение легочных объемов, обусловленное смещением положения диафрагмы, органов грудной клетки и брюшной полости, уменьшение растяжимости легких, скорости инспираторного потока и увеличение сопротивления дыханию может явиться причиной ослабления активации рецепторов растяжения легких и интенсивности афферентной импульсации, поступающей от рецепторов растяжения легких в дыхательный центр.
Роль афферентной системы легких в механизмах компенсации респираторных эффектов антиортостаза, была исследована в экспериментах с деафферентацией легких (билатеральная цервикальная ваготомия).
2.2. Реакции системы внешнего дыхания на антиортостатическую нагрузку у ваготомированных животных.
В горизонтальном положении у ваготомированных животных происходило снижение МОД, в основном за счет уменьшения ЧД, при этом происходило увеличение инспираторного ВГД. В АОП реакции у ваготомированных животных имели сходную направленность с вагально интактными животных. Однако у ваготомированных, пиковое инспираторное ВГД в АОП увеличивалось в меньшей степени, чем до деафферентации (рис. 3, I). ВГД возрастает не на 116% (как до ваготомии), а только на 65%. Одновременно наблюдалось более значимое уменьшение МОД и ДО. Так, после билатеральной ваготомии в АОП, ДО и МОД снижались в среднем на 30%, тогда как у животных с интактными блуждающими нервами, это падение происходило на 14 и 18%, соответственно. Полученные данные свидетельствуют об ослаблении компенсаторной реакции дыхательной системы на антиортостатическое воздействие после ваготомии: недостаточный прирост сократительной активности дыхательной мускулатуры явился причиной более значительного снижения вентиляции легких в антиортостатическом положении.
Результаты этой серии экспериментов доказывают, что афферентная система легких, обеспечивающая обратную связь между изменением объема легких и центральной инспираторной активностью, принимает непосредственное участие в компенсации респираторных эффектов антиортостаза, выполняя при этом стабилизирующую функцию, позволяющую минимизировать снижение дыхательного объема и вентиляции легких. В соответствии с полученными данными не менее 50% компенсаторного роста инспираторных колебаний ВГД в АОП обеспечивается рефлекторными влияниями с механорецепторов легких.
Рис. 3. I - Изменения параметров дыхания в антиортостатическом положении у интактных и ваготомированных крыс. По оси абсцисс: ВГД – внутригрудное давление; ДО – дыхательный объем, МОД – минутный объем дыхания. По оси ординат: прирост величин регистрируемых параметров в антиортостатическом положении по отношению к горизонту.
II - Максимальное инспираторное внутригрудное давление в первом окклюзионном вдохе у интактных и ваготомированных крыс. По оси ординат: внутригрудное давление, в процентах по отношению к свободному дыханию.
2.3. Влияние антиортостатической нагрузки на резервные возможности системы дыхания.
Для оценки влияния антиортостаза на резервные возможности дыхательной системы использовали конечно-экспираторную окклюзию, создающую максимальную нагрузку на дыхательный аппарат. Компенсаторная реакция оценивалась по величине прироста инспираторного ВГД в первом окклюзионном вдохе. В ответ на предъявление максимальной нагрузки интактным животным в горизонтальном положении амплитуда инспираторного ВГД возрастала в пять раз (536±50%) по сравнению со свободным дыханием, тогда как в АОП - только в три раза (320±35%). Разница в приростах составляла 200%, что указывает на снижение резервных возможностей дыхательной системы в антиортостатическом положении (рис.3,II). Причиной угнетения компенсаторного ответа в этих условиях является, по всей вероятности, ослабление вагальной объемно-зависимой связи, которая обеспечивается рефлексами с механорецепторов легких. Это подтверждается результатами, полученными на ваготомированных животных, у которых полностью отсутствовали различия в ответах на конечно-экспираторную окклюзию, как в горизонтальном, так и в антиортостатическом положении (рис. 3,II). Так, максимальный прирост пикового инспираторного ВГД в первом окклюзионном вдохе, и в горизонтальном, и в антиортостатическом положении соответствовал 300±20%. У вагально-интактных животных такая же величина прироста ВГД (320±35%) в ответ на окклюзию наблюдалась только в условиях антиортостаза. По-видимому, в АОП вагально опосредованная объемно-зависимая связь в системе дыхания настолько ослабевает, что развивается состояние близкое к функциональной ваготомии.
Полученные результаты подтверждают принятую нами рабочую гипотезу, согласно которой в антиортостатическом положении, происходит увеличение механической нагрузки на систему внешнего дыхания и развитие ответной компенсаторной реакции, в реализации которой принимает участие афферентная система легких. Однако полной компенсации нагрузки не происходит, что указывает на снижение резервных возможностей дыхательной системы в АОП.
3. Влияние антиортостатического воздействия на хеморецепторные механизмы регуляции дыхания.
Анализ литературных источников показывает, что гравитационные воздействия могут оказывать влияние на состояние хеморецепторного контура регуляция дыхания. Вместе с тем, единичные сведения, полученные при обследовании астронавтов в невесомости, а также при моделировании эффектов микрогравитации имеют достаточно противоречивый характер (Slutsky, Goldstein, Rebuck, 1980; Mannix et al., 1984; Prisk, Elliott, West, 2000).
В данном разделе с использованием метода возвратного дыхания на наркотизированных крысах исследована роль центральной и периферической хеморецепции в регуляции дыхания в условиях антиортостатического положения.
В обычных условиях критерием оценки системы регуляции дыхания является соотношение параметра стимула (гипоксический или гиперкапнический) и параметра ответной реакции (минутный объем дыхания), которая проводится путем определения прироста МОД, вызванного вдыханием смесей, с измененным содержанием О2 или СО2. Но для исследования регуляторных механизмов в условиях нагрузки на дыхательный аппарат, например, при повышенном сопротивлении дыханию, необходимо также учитывать параметры, характеризующие “моторный” выход системы дыхания. В нашем исследовании мы регистрировали пиковое внутригрудное инспираторное давление, которое позволяет оценить силу сокращения всех инспираторных мышц и является косвенным отражением центральной инспираторной активности.
3.1. Влияние антиортостатической нагрузки на вентиляторную реакцию дыхательной системы на гипоксическую стимуляцию
Результаты тестирования изокапнической гипоксической смесью выявили, что МОД, как в горизонтальном, так и в АОП прогрессивно увеличивался по мере снижения РАО2. Однако в горизонтальном положении наблюдался более значительный прирост этого показателя по сравнению с АОП (рис. 4, А). По мере нарастания гипоксического стимула происходило прогрессивное увеличение ВГД, как в горизонтальном, так и в АОП, однако прирост этого показателя в АОП не отличался от значений, зарегистрированных в горизонтальном положении (рис. 4, Б).
Рис. 4. Графики зависимости минутной вентиляции легких (А) и внутригрудного давления (Б) от снижения парциального давления кислорода в альвеолярном газе в горизонтальном и антиортостатическом положении.
По оси абсцисс: парциальное давление кислорода в конечной порции выдыхаемого газа. По оси ординат: минутный объем дыхания (А); внутригрудное давление (Б).
Расчет прироста вентиляции на каждый мм рт.ст. снижения РАО2, показал, что в АОП отношение МОД/PAO2 снижалось на 83% (p<0,05) по сравнению с горизонтальным положением (рис.5, А), тогда как ВГД/PAO2 в АОП составляло 98% от горизонтального положения, т.е. практически не изменялось (рис.5, Б).
Рис. 5. Влияние антиортостатического положения на отношение МОД/РАО2 (А) и ВГД/РАО2 (Б) в условиях нарастающей гипоксии
По оси абсцисс: горизонтальное положение (белые столбики), антиортостатическое положение (черные столбики). По оси ординат: отношение минутного объема дыхания и внутригрудного давления к снижению PО2 в альвеолярном газе.
Результаты показали, что в условиях антиортостатического воздействия происходит достоверное снижение вентиляторной реакции на изокапническую гипоксию. Сопоставление полученных фактов с литературными данными позволяет предположить, что снижение вентиляторной реакции может быть обусловлено увеличенным сопротивлением дыханию, усилением модуляции баро- и хеморецепторов, а также изменением функционального состояния каротидных хеморецепторов, что, по всей видимости, является результатом перераспределения жидкостных сред организма в краниальном направлении и повышением давления в области каротидного синуса.
В целом полученные нами результаты свидетельствуют о снижении вентиляторной реакции и чувствительности дыхательного центра на гипоксическую стимуляцию в антиортостатическом положении. В основе данной реакции лежит не только уменьшение вклада периферической хеморецепции в поддержание необходимого уровня легочной вентиляции, но и снижение роли механорецепторного звена регуляции дыхания, что выражалось ослаблением тормозной афферентной импульсации, поступающей в дыхательный центр от рецепторов растяжения легких, вызванное снижением легочных объемов в АОП. Уточнение роли этих механизмов в снижении вентиляторной чувствительности к гипоксическому стимулу в АОП требует проведения дальнейших исследований.
3.2. Роль гиперкапнической стимуляции в регуляции дыхания в антиортостатического положении.
Единичные исследования вентиляторной реакции, проведенные в условиях невесомости, не выявили различий в приростах легочной вентиляции на гиперкапнический стимул, по сравнению с земными условиями (Xie et al., 1993; Prisk., Elliott, West, 2000). Постуральные воздействия (переход из положения сидя – лежа) также не выявили различий в реакциях дыхательной системы на гиперкапническую стимуляцию (Weissman et al., 1982; Mannix et al., 1984). Уточнение роли центральных хеморецепторов в формировании компенсаторных реакций дыхания на антиортостатическое воздействие представляет интерес не только в теоретическом аспекте, но имеет и немаловажное практическое значение.
| Как видно из рис. 6, А приросты МОД на гиперкапнический стимул в антиортостатическом и горизонтальном положении не имели достоверных различий. Так, при максимальном значении РАСО2 прирост МОД в горизонтальном положении составлял 289%, а в АОП - 305 % (p>0,05), при увеличении ДО на 273% и 276% (p>0,05), соответственно. Вместе с тем, по мере роста РАСО2 наблюдалось увеличение ВГД. При этом ВГД достоверно отличалось не только от исходных величин на воздухе, но было более выраженным в антиортостатическом, чем в горизонтальном положении (рис.6, Б). | |
Рис. 6. Зависимость минутного объема дыхания (А), внутригрудного давления (Б) от нарастающего РСО2 в горизонтальном и антиортостатическом положениях.
По оси абсцисс:– парциальное давление двуокиси углерода в конечной порции выдыхаемого воздуха. Сплошная линия – горизонтальное положение; пунктирная линия – антиортостатическое положение.
Отношение прироста МОД к прогрессирующему нарастанию гиперкапнического стимула в АОП не отличалось от уровня горизонтального положения (рис.7, А). Величина ВГД/РАСО2. в горизонтальном положении равнялась 0,47±0,17, а в АОП - 1,14±0,25 мм вод.ст. /мм рт.ст. (p<0,05), соответственно, (т.е. в 2,4 раза больше), что можно расценивать как усиление «моторного» выхода дыхательного центра (рис.7, Б).
Таким образом, вентиляторная реакция на гиперкапнический стимул при антиортостатическом воздействии не изменяется. Постуральная независимость вентиляторной реакции на гиперкапнический стимул в антиортостатическом положении обусловлена увеличением центральной инспираторной активности как за счет усиления афферентации от центральных хеморецепторов, так и увеличения «моторного» выхода дыхательного центра.
Рис. 7. Влияние антиортостатического положения на отношение МОД/РАСО2 (А) и ВГД/РАСО2 (Б) в условиях нарастающего РСО2 в альвеолярном газе.
По оси абсцисс: горизонтальное положение (белые столбики), антиортостатическое положение (черные столбики). По оси ординат: А – отношение прироста минутного объема дыхания к приросту парциального давления двуокиси углерода в альвеолярном газе; Б – отношение прироста внутригрудного давления к приросту парциального давления двуокиси углерода в альвеолярном газе.
4. Физиологическое обоснование методов коррекции гемодинамических сдвигов при моделировании эффектов невесомости.
Существующие в настоящее время физические средства коррекции гемодинамических сдвигов в невесомости основаны на депонировании части объема циркулирующей крови в периферическом сосудистом русле туловища, что способствует нормализации венозного возврата к правому сердцу, кровенаполнения головы, органов и сосудов грудной полости. Нами была проведена инвазивная верификация на животных метода, основанного не на ограничении притока, а на усилении оттока крови из интракраниального сосудистого бассейна по яремным венам в грудную полость, в верхнюю полую вену и камеры сердца (Тихонов, Баранов, Дегтярев и др., 1991). Механизм метода реализуется посредством дыхания с дозированным разрежением (дыхание под отрицательным давлением, ДОД).
4.1. Влияние дыхания под отрицательным давлением (ДОД) на перераспределение региональных объемов крови в антиортостатическом положении.
Как было показано в предыдущих сериях экспериментов, в АОП происходит существенное повышение ЦВД и давления в наружной яремной вене, что является проявлением затрудненного венозного оттока из краниоцервикальных сосудов. Применение ДОД, усиливая присасывающее действие грудной клетки (сифонный эффект), приводило к увеличению венозного оттока из сосудистой системы головы, что выражалось снижением давления в яремной вене (в 3,2 раза) и передней полой вене (в 4,5 раза) до уровня, наблюдавшегося в исходном горизонтальном положении (рис.8). Применение ДОД не вызывало существенных изменений в показателях системной гемодинамики, паттерна дыхания и газообмена. Результаты исследования позволяют сделать заключение об эффективности метода ДОД для коррекции увеличенного кровенаполнения головы в АОП.
Рис.8. Влияние дыхания под отрицательным давлением (ДОД) на гемодинамику у кошки 1 – ЭКГ; 2 – давление в трахее; 3 – внутригрудное давление; 4 – артериальное давление; 5 – давление в передней полой вене (ЦВД); 6 – давление в наружной яремной вене (характерный опыт).
4.2. Влияние комплексного баровоздействия - дыхание под отрицательным давлением и отрицательное давление на нижнюю половину тела (ДОД+ОДНТ) на реакции гемодинамики при моделировании физиологических эффектов невесомости.
Метод отрицательного давления на нижнюю часть туловища (ОДНТ) основан на искусственном воспроизведении эффекта гидростатического давления, приводящего к депонированию объема циркулирующей крови в периферическом сосудистом русле туловища и нижних конечностей. Учитывая, что методы ОДНТ и ДОД имеют различные механизмы действия и регионы применения, мы предположили возможность аддитивного характера их взаимодействия, способствующего повышению эффективности коррекции гемодинамических сдвигов, возникающих в результате перераспределения объемов крови в краниальном направлении. Для сравнительной оценки эффективности комплексного баровоздействия на гемодинамические сдвиги в АОП использовали ортостатическую пробу (ОП) с различными углами: +30° и +75° (5 мин). Как показали результаты исследования, при кратковременной пассивной орто- и антиортостатической пробе достоверных изменений со стороны показателей дыхательной системы выявлено не было.
Ортостатическая проба выявила значительное увеличение давления в бедренной вене: при ОП+30° в 1,6 раза (P<0,05), а при +75° в 2,4 раза с градиентами давлений 6,3 и 13,5 см вод.ст. по сравнению с горизонтальным положением. В АОП-30° происходило снижение давления в бедренной вене в 2,5 раза (P<0,001) с градиентом 5,8 см вод.ст; ДОД+ОДНТ приводило к увеличение давления в бедренной вене в зоне декомпрессии по сравнению с АОП-30° в 3 раза, градиент давления при этом составлял 7,9 см вод. (P<0,001). Влияние ДОД и ОДНТ приводило к усилению оттока венозной крови из сосудистой системы головы, и смещению объемов крови из верхней в нижнюю половину тела. Об этом свидетельствовало снижение давлений в яремной и передней полой венах и одновременное повышение давления в бедренной вене. Применение (ДОД+ОДНТ) обеспечивало трансформацию исследованных гемодинамических показателей до уровней, близких к показателям при вертикальном положении тела.
Учитывая различные механизмы действия и области применения ДОД и ОДНТ, следует отметить, что усиление оттока из венозной системы головы является результатом ДОД, а ОДНТ создает условия для перераспределения крови в нижнюю часть туловища. Сопоставление результатов, полученных в ОП и при комплексном действии ДОД и ОДНТ, показывает, что применявшийся режим баровоздействия аналогичен условиям перераспределения крови, соответствующему пассивному ортостазу.
5. Влияние нормобарической интервальной гипоксической тренировки (ИГТ) на ортостатические реакции сердечно-сосудистой системы животных.
Повторные гипоксические воздействия повышают устойчивость организма не только к недостатку кислорода, но и неспецифическую резистентность организма к другим экстремальным факторам (физическая нагрузка, гипо- и гипертермия, факторы космического полета). Активация функций жизненно важных звеньев газотранспортной системы гипоксическим воздействием применяется в спортивной, авиакосмической, подводной медицине и в клинической практике (Rickards C.F., Newman, 2002). В основе механизма конструктивного гипоксического действия лежат взаимообусловленные и взаимозависимые реакции сердечно-сосудистой и дыхательной системы. Снижение РО2 во вдыхаемом воздухе, действуя в первую очередь на хеморецепторы (каротидные и аортальные) и систему дыхания, мобилизует компенсаторные механизмы организма. Исходя из этих данных, мы предположили, что стимуляция компенсаторных реакций системы кровообращения и мышечной системы гипоксическим воздействием может способствовать увеличению венозного возврата к сердцу, предотвращению возникновения ортостатической гипотонии и снижению степени проявления сдвигов системной гемодинамики при пассивной ортостатической пробе. В качестве метода, имеющего положительный тренирующий эффект была использована нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ).
Для решения поставленной задачи были проведены эксперименты на 15 наркотизированных кроликах. ИГТ осуществлялась методом “возвратного дыхания”, при котором достигалось постепенное нарастание гипоксии до 12 % О2 в течение 10-минутного периода. Гипоксическое воздействие чередовалось с нормоксическим дыханием. Каждый эксперимент состоял из 3 этапов с интервалом в 1 час, в ходе эксперимента на каждом из трех этапов животные, находясь в антиортостатическом положении, подвергались 3-х кратному воздействию ИГТ, затем проводили ортостатическую пробу.
При сопоставлении величин АД, ЧСС и ЦВДtm, зарегистрированных во время ортостатической пробы до начала первого гипоксического воздействия и после завершения 3-го этапа обнаружено, что влияние ИГТ в целом привело к следующим результатам: АДс и АДд увеличились на 9 и 24% соответственно (рис.9).
Рис. 9. Артериальное давление (систолическое и диастолическое) при ортостатической пробе до и после интервальной гипоксической тренировки.
По оси абсцисс: постуральные воздействия; по оси ординат: артериальное давление в мм рт.ст.
Как известно, в механизмах компенсаторных реакций сердечно-сосудистой системы на ортостатическое воздействие преобладает сосудистый компонент, который выражается в рефлекторной вазоконстрикции, направленной на уменьшение емкости вен, увеличение венозного возврата, повышение ЧСС, ведущим к увеличению сердечного выброса (Осадчий, 1982). В нашем исследовании ортостатический тест после ИГТ сопровождался не увеличением, как это происходило до гипоксической экспозиции, а постепенным снижением ЧСС до контрольных значений (рис. 10). Следовательно, компенсаторная активность сердечного компонента в данном случае уменьшалась, а участие сосудистого компонента усиливалось. Влияние ИГТ на преобладание роли сосудистого компонента ортостатической реакции осуществлялось в результате циклической констрикции (при гипоксии) и дилатации (нормоксическое дыхание) венозных сосудов, что повышало веномоторный тонус и его влияние на венозный возврат к сердцу. Таким образом, тренирующее влияние ИГТ, проявившееся в увеличении тонуса венозных сосудов, можно рассматривать как адаптивную реакцию, способствующую увеличению венозного возврата к сердцу.
Рис.10. Изменение частоты сердечных сокращений и давления наполнения сердца при ортостатической пробе до и после интервальной гипоксической тренировки.
ЧСС – частота сердечных сокращений, ЦВДtm – давление наполнения правого предсердия
По оси абсцисс: ОП- ортостатическая проба, ИГТ – интервальная гипоксическая тренировка; по оси ординат – изменения ЧСС и ЦВДtm в % от горизонтального положения
Выявленное в нашем исследовании менее существенное снижение ЦВД tm, чем АД, обнаруженное в ортостазе после ИГТ, позволяет предположить о большем вкладе в компенсацию ортостатической гипотензии сосудистого компонента системной реакции, чем сердечного.
Результаты экспериментов показали возможность применения ИГТ в целях предотвращения ортостатической гипотензии. Полученные факты дают основание считать, что более длительные, подобранные соответственно поставленной задаче режимы ИГТ могут быть использованы в качестве тренирующего и профилактического средства для повышения ортостатической устойчивости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В проведенном исследовании была установлена взаимозависимость реакций дыхательной системы и гемодинамических сдвигов при постуральных воздействиях, что свидетельствует о взаимодействии этих систем организма, необходимой для адекватной компенсации гравитационного воздействия.
Известно, что действие таких механических факторов, как смещение грудной клетки, диафрагмы и органов брюшной полости, отражается на легочных объемах, динамике внутригрудного давления и биомеханических характеристиках дыхательного аппарата (Paiva, Estenne, Engel, 1989; Bettinelli et al., 2002). В нашем исследовании в ортостатическом положении по мере увеличения интенсивности воздействия, происходило увеличение значений ФОЕ и С, тогда как в антиортостазе наблюдалась противоположная направленность. Выявленные сдвиги этих показателей кардиореспираторной системы в переходном периоде постуральных влияний были обусловлены увеличением объемов крови в легких и изменением их эластической тяги, зависящих от ориентации легких относительно вектора гравитации (Дьяченко, Шабельников, 1985; Дворецкий, Ткаченко, 1987; West et al., 1997). При 30-минутной экспозиции животных в антиортостатическом положении происходило снижение дыхательного объема, минутной вентиляции легких и скорости инспираторного потока. При этом увеличивались инспираторные колебания ВГД, свидетельствующие о росте сократительной активности дыхательных мышц, что указывало на включение компенсаторных механизмов дыхательной системы, способствующих минимизации изменений минутной вентиляции.
Изучение физиологических механизмов компенсаторных процессов в системе дыхания в устойчивом периоде антиортостатического воздействия, показало, что в реакциях на гравитационные воздействия важная роль принадлежит тем рефлекторным механизмам, которые реализуются через афферентную систему легких. Билатеральная ваготомия, исключающая афферентную систему легких из участия в регуляции дыхания, резко ослабляет компенсаторную реакцию на антиортостаз. У ваготомированных животных наблюдается менее значительный прирост инспираторных колебаний ВГД и соответственно более значительное снижение дыхательного объема и минутного объема дыхания. Эти данные свидетельствуют о том, что изменение структуры легочных объемов и увеличение сопротивления дыханию в антиортостатических условиях приводит к ослаблению интенсивности афферентного потока, поступающего в дыхательный центр от механорецепторов легких. Это предположение согласуется и с результатами других авторов, которые на наркотизированных кошках показали, что при наклоне туловища на 15 происходит достоверное снижение частоты разрядов афферентных волокон блуждающего нерва, идущих от рецепторов растяжения легких (Elliot et al., 1994; Myashita, Suzuki-Inatomi, Hirai, 2003). Полученные нами данные, а также анализ литературы позволяют предположить следующий механизм, направленный на оптимизацию дыхательной функции в условиях антиортостатического положения.
Смещение диафрагмы в грудную полость и рост сопротивления дыханию вследствие увеличения кровенаполнения легких и отека слизистой дыхательных путей в АОП, вызывает замедление скорости вдоха и уменьшение легочных объемов. В результате происходит ослабление активации рецепторов растяжения легких и уменьшение интенсивности тормозного афферентного потока, поступающего по волокнам блуждающего нерва от рецепторов растяжения легких в ДЦ, возрастает центральная инспираторная активность, т.е. реализуется дефляционный рефлекс Геринга-Брейера. Следствием этого является усиление сократительной активности дыхательных мышц, и соответствующий рост инспираторных колебаний ВГД, препятствующий резкому снижению дыхательного объема и вентиляции легких.
Кроме механорецепторов легких в компенсации респираторных эффектов антиортостаза по всей вероятности принимают участие и проприорецепторы дыхательных мышц. Увеличение сопротивления дыханию, которое наблюдается в этих условиях, не только уменьшает скорость и объем вдоха, но и активирует рецепторы растяжения межреберных мышц – мышечные веретена, которые через фузимоторную систему иннервации усиливают сокращение волокон межреберных мышц. Для реализации этого механизма не требуется усиления ЦИА, т.к. он осуществляется на более низком сегментарном и межсегментарном уровне (спинной мозг). Кроме того, смещение диафрагмы в грудную полость, и давление на неё веса органов брюшной полости не только уменьшает ФОЕ, но и изменяет длину мышечных волокон диафрагмы. Они растягиваются, и их длина приближается к эффективной длине покоя. В результате за счет собственных свойств мышечных волокон даже при той же самой эфферентной активации генерируется большая сила сокращения. Таким образом, в компенсации респираторных эффектов антиортостаза принимают участие механизмы, реализующиеся на разных уровнях регуляции дыхательной функции – от центрального до периферического.
Вместе с тем в компенсаторных реакциях дыхательной системы нельзя не учитывать значение и других легочных рецепторов, роль которых в компенсаторных реакциях респираторной системы на антиортостаз мало изучена. Например, юкстакапиллярных рецепторов (J-рецепторы), афферентная активность которых возрастает многократно в результате переполнения кровью легочных капилляров и повышения объема интерстициальной жидкости стенок альвеол (Widdicombe, 1998; 2006). Не исследована и роль ирритантных рецепторов в реакциях на антиортостатическое воздействие, которые помимо реакций на химические агенты реагируют и на резкие изменения легочных объемов.
Важно отметить также тот факт, что антиортостатическое воздействие вызывает снижение резервных возможностей системы внешнего дыхания, что показывают результаты экспериментов с предъявлением интактным животным максимальной инспираторной нагрузки, которая создавалась методом конечно-экспираторной окклюзии дыхательных путей. В горизонтальном положении максимальная инспираторная нагрузка вызывала 5-ти кратный рост общего инспираторного усилия в первом же окклюзионном вдохе. Та же самая нагрузка, предъявляемая, тому же животному в антиортостатическом положении увеличивала инспираторные колебания ВГД только в 3 раза. Разница составляла 200%! Такое резкое снижение компенсаторного роста сократительной активности дыхательных мышц в АОП по всей вероятности связано с ослаблением вагальной объемно-зависимой связи в АОП, т.к. у ваготомированных животных реакция ВГД на окклюзию в горизонтальном положении снижается в такой же степени, как и при переходе в антиортостатическое положение. По-видимому, в АОП развивается состояние близкое к функциональной ваготомии.
Не менее важным механизмом регуляции дыхания, направленным на соответствие легочной вентиляции метаболическим потребностям организма, является гуморальная (гиперкапническая и гипоксическая) стимуляция дыхательного центра. Данные, полученные в нашем исследовании, соответствуют пока еще немногочисленным литературным сведениям, указывающим, на то, что гравитационные воздействия могут оказывать существенное влияние на хеморецепторные механизмы регуляции дыхания.
Анализируя механизмы снижения вентиляторной реакции на гипоксический стимул в АОП можно предположить, что одной из причин более низкого прироста вентиляции является увеличение сопротивления дыханию что, вероятно, обусловлено увеличением кровенаполнения легких, снижением их растяжимости и сужением просвета дыхательных путей (Александрова и др., 2007). Кроме того, результаты наших исследований выявили повышение давления в общей сонной артерии в АОП (Донина и др., 2006). К тому же, известно, что вдыхание гипоксической смеси с постепенным снижением кислорода также вызывает достоверное повышение артериального давления (Малкин, 1979). Учитывая эти обстоятельства, есть основания предполагать, что снижение вентиляторного ответа и чувствительности дыхательного аппарата на гипоксическую стимуляцию в проведенном исследовании было обусловлено усилением активности барорецепторов. Это положение подтверждается литературными данными. Установлено, что увеличение импульсации, поступающей от барорецепторов в сосудодвигательнй центр приводит не только к угнетению функции дыхания, но и снижает вентиляторную реакцию на изокапническую гипоксию (Heistad et al., 1975; Prisk, Elliott, West, 2000). Кроме того, снижение вентиляторного ответа на гипоксию в антиортостатических условиях может быть связано с изменением кровоснабжения периферических хеморецепторов (Whalen, Nair, 1975). Известно, что повышение кровотока в каротидном теле, вызывает снижение афферентной активности синусного нерва (Бреслав, 1980). В антиортостатическом положении усиление кровотока может быть вызвано увеличением давления в области каротидного синуса. Известно, что переход из вертикального в горизонтальное положение, сопровождается увеличением давления в этой области в среднем на 20-25 мм рт.ст. В антиортостатическом положении изменения направления гидростатического компонента давления в области артериальных хеморецепторов будут еще более выраженными. В работе Somers с соавторами, (Somers, Mark, Abboud, 1957) было показано, что увеличение давления на уровне каротидного синуса даже на 10 мм рт.ст. вызывает угнетение вентиляторной реакции на изокапническую гипоксию на 33%.
В отличие от вентиляторного ответа на гипоксию, вентиляторный ответ на гиперкапнию не изменяется при переходе в антиортостатическое положение. Прирост минутного объема дыхания при гиперкапнической стимуляции в антиортостатических условиях не отличается от зарегистрированного в горизонтальном положении. Анализ динамики инспираторных колебаний ВГД в условиях нарастающего гиперкапнического стимула показывает, что вентиляторная реакция на гиперкапнию не снижается благодаря тому, что в АОП происходит больший, чем в горизонтальном положении прирост общего инспираторного усилия в ответ на гиперкапническую стимуляцию. Тогда как усиления реакции ВГД на гипоксический стимул в антиортостатических условиях не наблюдается.
Таким образом, постоянство вентиляторной реакции на гиперкапнию, ее постуральная независимость, поддерживается за счет компенсаторного увеличения прироста силы сокращений дыхательных мышца в антиортостатических условиях. Механизмом такой компенсаторной реакции является, по-видимому, повышение активности центральных хеморецепторов в антиортостатическом положении. Установлено, что и в условиях реальной невесомости, и в модельных экспериментах с антиортостатической нагрузкой наблюдается смещение кислотно-основного равновесия крови в сторону ацидоза, появляются признаки венозного застоя и затруднение оттока крови из интракраниального сосудистого бассейна, изменяется состав спинномозговой жидкости (Котова, 1969; Исеев и др., 1988; Григорьев, 1997). Такие нарушения могут способствовать повышению активности центральных хеморецепторов, так как специфическим стимулом для их активации является изменение рН крови и спинномозговой жидкости. Поэтому больший прирост инспираторных колебаний внутригрудного давления («моторного» выхода дыхательного центра) при гиперкапнической стимуляции в антиортостатическом положении может быть вызван усилением стимуляции центральных хеморецепторов.
Анализ полученных данных позволяет предположить, что увеличение прироста внутригрудного давления, на гиперкапническую стимуляцию в антиортостатическом положении связано с механизмами центральной хеморецепции и носит компенсаторный характер, позволяя поддерживать вентиляцию легких на уровне, обеспечивающем наиболее эффективную элиминацию углекислого газа из организма вне зависимости от изменения положения тела в пространстве. При гипоксической стимуляции дыхания компенсаторного прироста инспираторных колебаний внутригрудного давления, свидетельствующего об увеличении «моторного» выхода дыхательного центра, не происходит. В результате при переходе в антиортостатическое положение вентиляторная реакция на гипоксию снижается. Биологическая целесообразность различий в реакциях дыхательной системы на хеморецепторные стимулы объясняется тем обстоятельством, что у млекопитающих гиперкапнический стимул является главнейшим регулятором дыхания и легочная вентиляция управляется в основном уровнем РСО2 во внутренней среде. Гипоксический стимул играет второстепенную роль в поддержании адекватного уровня вентиляции. Поэтому поддержание постоянного уровня СО2 в артериальной крови и альвеолярном газе имеет преимущественное значение и обеспечивается даже за счет повышения энергетических затрат, необходимых для усиления сократительной активности дыхательных мышц. При гипоксической стимуляции дыхания в антиортостатическом и горизонтальном положении выбор между постуральным постоянством вентиляторного ответа и энергетическими затратами на работу дыхательных мышц делается, по всей вероятности, в пользу поддержания наиболее выгодного в энергетическом отношении паттерна дыхания.
Принимая во внимание данные, полученные нами при исследовании роли афферентной системы легких в постуральных реакциях дыхательной системы (Александрова и др., 2007) можно предположить, что в основе механизма, направленного на повышение центральной инспираторной активности в антиортостатических условиях лежит совместное влияние хемо- и механорецепторного контура регуляции дыхания. Усиление афферентной импульсации от центральных хеморецепторов и ослабление тормозной афферентации от механорецепторов легких проявляется в виде увеличения общей компенсаторной реакции, направленной на поддержание легочной вентиляции на уровне, соответствующем горизонтальному положению.
Таким образом, в формировании компенсаторного ответа дыхательной системы на антиортостатическое воздействие можно выделить два компонента – хеморецепторный и механорецепторный.
Обращает на себя внимание тот факт, что регуляторные механизмы респираторной системы в АОП в большей степени реагируют на усиление гиперкапнического стимула, чем гипоксического, несмотря на одинаковые экспериментальные условия. В антиортостатическом положении возрастает степень участия центральных механизмов регуляции дыхания и усиливается роль центральной хеморецепции, что выражается в усилении «моторного» выхода дыхательного центра, обеспечивающего соответствие легочной вентиляции интенсивности метаболизма независимо от постуральных влияний.
ВЫВОДЫ
1. Пассивное изменение положения тела относительно вектора гравитации вызывает гемодинамические реакции, наиболее выраженные в системе низкого давления, которые сопровождаются изменениями биомеханических характеристик аппарата дыхания. Сдвиги гемодинамики и биомеханики дыхания имеют взаимосвязанный характер и находятся в линейной зависимости от интенсивности постуральных воздействий.
2. Переход из горизонтального в ортостатическое положение вызывает снижение центрального венозного давления и давления в яремной вене (центральная гиповолемия), что сопровождается увеличением дыхательного объема, функциональной остаточной емкости и растяжимости легких. В антиортостатическом положении происходят противоположные изменения: увеличение центрального венозного давления и давления в яремной вене (центральная гиперволемия), с соответствующим уменьшением дыхательного объема, функциональной остаточной емкости и растяжимости легких.
3. В антиортостатическом положении происходит увеличение резистивного и эластического компонента сопротивления дыханию, что свидетельствует об увеличении механической нагрузки на дыхательную систему. Компенсация механической нагрузки достигается увеличением общего инспираторного усилия, обеспечивающего минимизацию изменений легочной вентиляции.
4. В компенсации респираторных эффектов антиортостаза участвуют механорефлекторные механизмы, реализующиеся через афферентную систему легких и обеспечивающие обратную связь между изменением объема легких и центральной инспираторной активностью. Основным рефлекторным механизмом, вызывающим компенсаторное увеличение общего инспираторного усилия при переходе в антиортостатическое положение, является ослабление тормозной афферентной импульсации, поступающей в дыхательный центр от рецепторов растяжения легких, вследствие снижения легочных объемов.
5. Постуральные воздействия оказывают влияние на хеморецепторные механизмы регуляции дыхания. Переход в антиортостатическое положение снижает вентиляторную чувствительность к гипоксии, но не изменяет вентиляторную чувствительность к гиперкапнии, что свидетельствует об ослаблении вклада периферической хеморецепции в рефлекторные механизмы регуляции дыхания в антиортостатических условиях.
6. Постуральная независимость вентиляторной реакции на гиперкапнию обеспечивается более интенсивным, чем в горизонтальном положении приростом общего инспираторного усилия, которое опосредовано механизмами центральной хеморецепции и носит компенсаторный характер, позволяя поддерживать вентиляцию легких на уровне, обеспечивающем эффективную элиминацию углекислого газа из организма.
7. В антиортостатических условиях происходит угнетение резервных возможностей дыхательной системы, вызванное снижением вентиляторного ответа на гипоксию и ослаблением вагальной обратной объемно-зависимой связи, опосредованной рефлексами с механорецепторов легких (рефлексы Геринга-Брейера).
8. Увеличение эластической нагрузки на дыхательную систему приводит к инверсии естественного соотношения внутригрудного и центрального венозного давлений, которое является определяющим фактором в формировании давления наполнения правого предсердия.
Межсистемные соотношения биомеханики дыхания и гемодинамики в горизонтальном положении в инспираторной фазе наиболее полно соответствуют состоянию, характерному для невесомости.
9. Установлено, что дыхание под отрицательным давлением (ДОД) в антиортостатическом положении обеспечивает трансформацию гемодинамических показателей до величин, регистрируемых в горизонтальном положении. В основе механизма, приводящего к коррекции гемодинамических сдвигов и нормализации венозного возврата к сердцу, лежит увеличение присасывающего эффекта грудной клетки в результате повышения негативности внутригрудного давления.
10. Показана эффективность и аддитивное влияние комплексного воздействия дыхания под отрицательным давлением и отрицательного давления на нижнюю часть тела (ДОД и ОДНТ) для коррекции неблагоприятных гемодинамических эффектов антиортостаза. В основе конструктивного влияния ДОД и ОДНТ на гемодинамические показатели лежит усиление оттока венозной крови из сосудистой системы головы и последующее смещение объемов крови из верхней в нижнюю часть тела, о чем свидетельствует снижение давлений в яремной и передней полой венах при одновременном повышении давления в бедренной вене.
11. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка, повышает ортостатическую устойчивость после пребывания в антиортостатическом положении, оказывая тренирующее влияние на тонус венозных сосудов, повышая роль сосудистого компонента компенсаторной реакции, что способствует увеличению венозного возврата к сердцу и снижению интенсивности ортостатических реакций сердечно-сосудистой системы.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации.
- Баранов В.М., Тихонов М.А., Котов А.Н., Колесников В.И., Донина Ж.А., Погодин М.А., Лаврова И.Н. О профилактике регионального распределения крови, возникающего в условиях микрогравитации, посредством дискретных и комплексных баровоздействий на центральную и периферическую гемодинамику// Тез. докл. межд. конф. Механизмы функционирования висцеральных систем. – СПб, 1999. - С.23-25.
- Баранов В.М., Котов А.Н., Тихонов М.А., Донина Ж.А., Погодин М.А. Дыхание под отрицательным давлением – новый метод моделирования ортостатических реакций гемодинамики в условиях гипокинезии и микрогравитации// Тез. докл. конф. Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях. Москва, 2000. - С.30-31.
- Baranov V.M. Kotov A.N., Tichonov M.A., Donina Zh.A., Pogodin M.A., Lavrova I.N. Hydrostatic component of hemodynamics during microgravity// Тез. докл. конф.13-th Humans in space Symposium, Exploring Space. Santorini, Greece, 2000. - 15 p.
- Baranov V.M. Kotov A.N., Tichonov M.A., Donina Zh.A., Pogodin M.A., Lavrova I.N. Central venous pressure during nicrogravity: phenomena, paradoxes and hypotheses// Тез.докл. конф. 13-th “ Humans in space” Symposium, Exploring Space. Santorini, Greece, 2000. -.15 p.
- Баранов В.М., Тихонов М.А., Котов А.Н., Донина Ж.А., Погодин М.А., Лаврова И.Н. Влияние дыхания под отрицательным давлением на перераспределение региональных объемов крови при антиортостатической нагрузке у животных//Авиакосмич. и экологич. медицина. - 2000. - №5. - С.20-25
- Погодин М.А., Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Баранов В.М., Котов А.Н., Тихонов М.А. Влияние антиортостатического положения тела на некоторые показатели кровообращения и дыхания наркотизированных кошек//Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2000. -Т.86. №12. - С.1587-1593.
- Баранов В.М., Котов А.Н., Тихонов М.А., Донина Ж.А., Лаврова И.Н. Влияние комплексного баровоздействия на гемодинамику у животных при моделировании физиологических эффектов микрогравитации// Авиакосмич. и экологич. медицина. – 2001. - Т.35, №1. - С.55-60.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Тихонов М.А., Котов А.Н., Баранов В.М. Гемодинамика наркотизированных кошек при постуральном моделировании физиологических эффектов измененной гравитации: влияние дыхания под отрицательным давлением и воздействия отрицательного давления на нижнюю (каудальную) часть тела// Сб.: Пути оптимизации функции дыхания при нагрузках, в патологии и в экстремальных состояниях. Тверь – 2001. - С.12-18.
- Котов А.Н., Тихонов М.А., Донина Ж.А., Лаврова И.Н. Центральное венозное давление и биомеханика дыхания в условиях микрогравитации: феномены, парадоксы и гипотезы// Тез. докл. XVIII съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Казань, 2001. - 585 с.
- Тихонов М.А., Котов А.Н., Реушкин В.Н., Реушкина Г.Д., Ушаков Б.Б., Фомина Г.А., Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Баранов В.М. Респираторные и сердечно-сосудистые механизмы гипобарической коррекции антиортостатического перераспределения региональных объектов крови //Авиакосмич. и экологич. медицина. - 2003. - Т.37, №2.- С.51-59.
- Донина Ж.А. Лаврова И.Н. Тихонов М.А. Котов А.Н. Колесников В.И. Баранов В.М. Влияние изменений внутригрудного и центрального венозного давлений на динамику наполнения сердца//Бюл. эксперим. биологии и медицины. - 2003. – Т. 136.№12. – С.612-615.
- Тихонов М.А., Котов А.Н., Колесников В.И., Донина Ж.А., Лаврова И.Н. Дыхание под отрицательным давлением - новый метод коррекции изменений гемодинамики, возникающих в условиях гипокинезии и микрогравитации. Физиология мышц и мышечной деятельности// Тез. докл. II межд. конф. по физиологии мышц и мышечной деятельности. – Москва, 2003. - С.178-179
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Тихонов М.А., Котов А.Н., Баранов В.М. Усовершенствованный метод тренировки сердечно-сосудистой системы в условиях космического полета.//Тез. докл. конф. Пилотируемые полеты в космос. Москва, Звездный городок, 2003. - С. 37-39
- Донина Ж.А. Роль соотношения внутригрудного и центрального венозного давлений в формировании давления наполнения правого предсердия при дыхании с постоянным положительным или отрицательным давлением// Тез. докл. Всерос. конф. с межд. участием Достижения биологической функциологии и их место в практике образования. Самара, 2003. – 84 с.
- Донина Ж.А. Влияние соотношений внутригрудного и центрального венозного давлений на динамику наполнения сердца// Тез. докл.III Всерос. конф. с межд. участием, посвященная 175-летию со дня рождения Ф.В.Овсянникова. Механизмы функционирования висцеральных систем. СПб, 2003. - С. 98-99.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Тихонов М.А., Котов А.Н., Колесников В.И., Баранов В.М. Динамика наполнения сердца при дыхании с положительным и отрицательным давлением// Тез. докл. Рос. конф. с межд. участием Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям. Москва, 2003. - 138 с.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Тихонов М.А., Котов А.Н., Колесников В.И., Баранов В.М. Внутригрудная гемодинамика при дыхании с постоянным положительным и/или отрицательным давлением// Рос.физиол. журн. им. И.М. Сеченова. – 2004. -Т.90. №8. - С.514-515.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Сегизбаева М.О., Тихонов М.А., Котов А.Н., Кочанов В.С., Баранов В.М. Влияние интервальной гипоксии на функциональное состояние кардио-респираторной системы и ортостатическую устойчивость животных в условиях моделирования гемодинамических эффектов невесомости. Тез. докл. IV Межд. конф. Механизмы функционирования висцеральных систем// посвященная 80-летию Института физиологии им. И.П.Павлова РАН. СПб, 2005. - 85 с.
- Донина Ж.А., И.Н. Лаврова, Тихонов М.А., Котов А.Н., Колесников В.И., Баранов В.М. Динамика показателей биомеханики дыхания и внутригрудной гемодинамики при моделировании микрогравитации// Рос.физиол. журн.им. И.М. Сеченова. – 2005. - Т.91. №9. - С.1091-1096.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Даниленкова Л.В. Давление наполнения правого предсердия в ходе дыхательного цикла при дыхании с постоянным положительным давлением// В сб.: Пути оптимизации функции дыхания при нагрузках, патологии и экстремальных воздействиях. Тверь, 2005. - С.19-24.
- Донина Ж.А, Лаврова И.Н., Тихонов М.А.,. Котов А.Н., Колесников В.И. Кардиореспираторные реакции животных на пассивный ортостаз после интервальной гипоксии в антиортостатическом положении//Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. – 2006. - Т.92. №8. - С.997-1005
- Тихонов М.А., Александрова Н.П., Донина Ж.А., Баранов В.М. Физиологическое обоснование критериев утомления дыхательных мышц в условиях антиортостатической гипокинезии// Тез. докл. XIII конф.по космической биологии и авиакосмической медицине. Москва, 2006. - 234 с.
- Aleksandrova N. P., Donina Zh. A, Danilova G.A. Effect of central hypervolemia on respiratory function //J.of Physiol. аnd Pharmakol. - 2007. -V.58. №4. - P.75-88.
- .Александрова Н.П., Донина Ж.А., Данилова Г.А., Тихонов М.А., Баранов В.М. Роль афферентной системы легких в механизмах компенсаторных реакций дыхательной системы в антиортостатическом положении//Рос. физиол. журн. им.И.М.Сеченова.- 2007.Т.93. №6. - С.670-677.
- Донина Ж.А., Сегизбаева М.О., Даниленкова Л.В. Состояние инспираторных мышц при ингаляции газовых смесей с различным содержанием кислорода на фоне действия добавочного сопротивления// Тез. докл. XX съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Москва, 2007. - 214 с.
- Александрова Н.П., Донина Ж.А., Тихонов М.А., Баранов В.М. Физиологические механизмы антиортостатических реакций дыхательной системы// Тез. докл. XX съезд Физиологического общества им. И.П. Павлова. Москва, 2007. - 119 с.
- Александрова Н.П., Донина Ж.А., Данилова Г.А. Участие пульмональных механорецепторов в респираторных реакциях на постуральные воздействия// Тез. докл.V Всерос. конф. с межд. участием, посвященная 100-летию со дня рождения В.Н.Черниговского Механизмы функционирования висцеральных систем. СПб., 2007. - 27 с.
- Донина Ж.А., Тихонов М.А., Баранов В.М. Физиологическое обоснование методов коррекции гемодинамических сдвигов при моделировании эффектов невесомости// Тез. докл. Всерос. конф. с межд. участием, посвященная 100-летию со дня рождения В.Н.Черниговского Механизмы функционирования висцеральных систем. СПб., 2007. - 109 с.
- Александрова Н.П., Донина Ж.А., Данилова Г.А.,. Тихонов М.А., Баранов В.М. Вентиляторный ответ на изокапническую гипоксию в антиортостатических условиях// Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2008.Т.94. №12. - С.1414-1419.
- Донина Ж.А., И.Н. Лаврова, М.А. Тихонов. Влияние интервальной гипоксической тренировки на ортостатические реакции кардиореспираторной системы// Бюл. эксперим. биологии и медицины.- 2008. -Т. 145. №6. - С.604-607
- Александрова Н.П., Донина Ж.А.,.Данилова Г.А.,.Лаврова И.Н., Тихонов М.А., Баранов В.М. Роль механорецепторов легких в компенсаторных реакциях дыхательной системы на антиортостатическую нагрузку. //Вестник Тверского Государственного Университета. - 2008. - №7 вып.67. - С.9-15.
- Донина Ж.А., Данилова Г.А., Александрова Н.П. Вентиляторная реакция на изокапническую гипоксию в антиортостатических условиях// Тез.докл. VI Всерос. конф. с межд. участием, посвященной 50-летию открытия А.М. Уголевым мембранного пищеварения. СПб, 2008. - 66 с.
- Донина Ж.А., Данилова Г.А., Александрова Н.П. Роль гиперкапнической стимуляции в регуляции дыхания при антиортостатическом положении тела// Тез. докл. VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П.Павлова. СПб., 2009. - 151с.
- Donina Zh.A., Danilova G.A., Aleksandrova N.P. Effects of body position on the ventilatory response to hypercapnia// Eur. J. Med. Res. – 2009.V. 14, N.12. - P.63-66.
- Донина Ж.А., Лаврова И.Н., Александрова Н.П. Влияние интервальной гипоксической тренировки на ортостатические реакции системы кровообращения у кроликов//Вестник Тверского Государственного Университета. Серия: Биология и экология. - 2009. вып. 12. №6. - С.16-27.
- Донина Ж.А., Александрова Н.П. Реакции дыхания на гуморальную стимуляцию дыхательного центра в условиях антиортостатической нагрузки// Тез. докл. 21 Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Калуга, 2010. - 190 с.
- Донина Ж.А. Роль гипоксического и гиперкапнического стимула в регуляции дыхания в антиортостатическом положении //Мат. Всерос. конф. с межд. участием Механизмы регуляции физиологических систем организма в процессе адаптации к условиям среды, посвященной 85-летию со дня основания Института физиологии им. И.П. Павлова РАН. СПб, 2010. – С.91-92.
- Донина Ж.А., Александрова Н.П. Реакция дыхания на гиперкапнический стимул в антиортостатическом положении//Рос. физиол. журнал им. И.М. Сеченова. - 2010.Т.96. №11. - С.87-94.
- Донина Ж.А. Межсистемные взаимоотношения дыхания и кровообращения. Обзор.//Физиология человека. – 2011. Т. 37. №2. – С.117-128.
