Физиология человека, 2019, T. 45, № 6, стр. 59-67

МЕТОДИКА

В обследовании принимали добровольное участие 14 практически здоровых мужчин в возрасте от 18 до 22 лет.

Во время исследования обследуемые находились в положении полусидя. Гипоксическое воздействие (ГВ) осуществляли в течение 15 мин в условиях нормального атмосферного давления при помощи гипоксической газовой смеси с 12.3% содержанием кислорода, получаемой на кислородном концентраторе “Kröber O₂” (Германия), модифицированном согласно свидетельству на полезную модель № 24 098 от 27 июля 2002 г.

В исходном состоянии, на каждой минуте ГВ и восстановительного периода (5 мин после перехода на дыхание атмосферным воздухом) у обследуемых людей измеряли уровень насыщения гемоглобина крови кислородом (SpO₂) с помощью пульсоксиметра “Nonin 8500” (Nonin Medical, Inc., США), систолическое и диастолическое артериальное давление (САД и ДАД) – автоматическим тонометром “OMRON I-Q 142” (Япония).

Непрерывно в течение всего исследования, синхронно со стандартными биполярными ЭКГ в отведениях от конечностей, регистрировали униполярные ЭКГ от 64 электродов, расположенных на вентральной и дорсальной сторонах торса, соответственно анатомическим линиям, при помощи автоматизированной системы с дискретизацией по времени в 0.25 мс. Анализ полученных данных проводили при помощи программы “Кардиоинформ” [10]. По эквипотенциальным моментным картам анализировали амплитудно-временны́е характеристики электрического поля сердца (ЭПС) на поверхности тела в период реполяризации желудочков сердца: определяли амплитуды и время достижения положительным (максимум) и отрицательным (минимум) экстремумами максимальных значений.

На ЭКГ во втором отведении от конечностей определяли длительности интервалов R–R_II, QT_II, J-Tpeak_II и Tpeak-Tend_II, по формуле Базетта вычисляли длительность QT корригированного интервала (QTс).

Статистическую обработку данных и проверку их на нормальность распределения проводили с помощью пакета Statistiсa 10.0. (StatSoft, USA). Поскольку использование критерия Шапиро-Уилка показало, что полученные результаты подчиняются закону нормального распределения, то статистическую значимость различий оценивали критерием Стьюдента для двух зависимых выборок “до–после” и независимых переменных между сравниваемыми группами. Данные представлены в виде средней арифметической ± стандартное отклонение. Корреляцию рассчитывали, используя коэффициент Пирсона, высокой считали связь показателей при значении выше 0.6. Различия между выборками считали значимыми при p < 0.05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно физиологической закономерности нелинейного характера изменения скорости отдачи оксигемоглобином кислорода при разном напряжении газов крови, одним из пороговых значений которой является сатурация гемоглобина 80% [11], у обследованных людей выявлено два типа индивидуальных реакций в ответ на ГВ.

I группа – люди (n = 9, 19.8 ± 0.9 лет, масса тела 74.8 ± 10.2 кг, длина тела 176.2 ± 5.8 см) с низкой устойчивостью (НУ) к гипоксическому воздействию (за 15 мин ГВ падение SpO₂ ниже 79% O₂); II группа – люди (n = 5, 20 ± 1 лет, масса тела 70.8 ± 7.5 кг, длина тела 177.4 ± 7.0 см) с высокой устойчивостью (ВУ) к гипоксическому воздействию (за 15 мин ГВ падение SpO₂ до 80% O₂).

У обследованных людей с разными типами индивидуальных реакций в ответ на гипоксическое воздействие в исходном состоянии при дыхании атмосферным воздухом SpO₂ составила 98 ± 0.5%. При острой нормобарической гипоксии как у людей с НУ, так и у лиц с ВУ выявлено статистически значимое снижение уровня насыщения гемоглобина крови кислородом (p < 0.05) относительно исходного уровня. Статистически значимо меньше SpO₂ у обследуемых с низкой устойчивостью к ГВ было выявлено в период воздействия со второй по 12 мин острой гипоксии по сравнению со значениями SpO₂ у лиц с высокой устойчивостью к ГВ (рис. 1).

Рис. 1.

Уровень насыщения гемоглобина крови кислородом (SpO₂) у обследованных людей (а – высокоустойчивые, б – низкоустойчивые) в исходном состоянии (исх.), при гипоксическом воздействии (1–15 мин) и восстановлении дыханием атмосферным воздухом (1–5 мин). * – статистически значимо по сравнению с исходным состоянием (p < 0.05), ° – статистически значимо между значениями у низко- и высокоустойчивых людей (p < 0.05).

Наименьшее значение SpO₂ у лиц с НУ отмечено на девятой минуте ГВ (73.1 ± 4.9%), у людей с ВУ – на 10 мин ГВ (84.2 ± 5.3%). В восстановительный период уровень насыщения гемоглобина крови кислородом у обследованных людей достиг исходного значения: у лиц с НУ – к третьей минуте, у людей с ВУ – ко второй минуте нормоксии.

САД у людей с НУ в исходном состоянии составило 124.4 ± 6.4 мм рт. ст., ДАД – 76.6 ± ± 7.5 мм рт. ст., САД у ВУ лиц – 122 ± 6 и 74.6 ± ± 6.8 мм рт. ст.

У людей с НУ выявлено статистически значимое увеличение САД на третьей минуте ГВ, составив 132 ± 9 мм рт. ст., у лиц ВУ – уменьшение САД на шестой минуте ГВ (116 ± 9 мм рт. ст.) от-носительно исходного уровня (p < 0.05). На первой минуте восстановительного периода отмечена значимая разница САД между низко- и высокоустойчивыми людьми – 123.6 ± 3.3 и 117 ± 6 мм рт. ст. (p < 0.05), в последующие минуты ГВ различие было незначительным. При восстановлении дыхания атмосферным воздухом у обследуемых систолическое артериальное давление достигло исходного уровня. Значимых изменений ДАД при ГВ у обследуемых не выявлено.

В исходном состоянии длительность интервалов QT_II, R–R_II у людей с ВУ к ГВ была меньше, чем у лиц с НУ (табл. 1).

Длительность R–R_II интервала статистически значимо различалась между обследуемыми в исходном состоянии (p < 0.05), составив у людей с ВУ к ГВ 737.6 ± 67.5 мс и у лиц с НУ к ГВ – 893.3 ± ± 126.7 мс. На протяжении ГВ происходило постепенное укорочение R–R_II интервала у обследуемых, достигнув по сравнению с исходным состоянием максимально короткой продолжительности: у лиц с ВУ на 10 мин (652 ± 50 мс), у людей с НУ – на пятой (672.9 ± 97.2 мс). После 10 мин ГВ и до конца периода восстановления дыхания атмосферным воздухом продолжительность интервала R–R_II у обследуемых постепенно увеличивалась.

Статистически значимая разница длительности QT_II-интервала между обследуемыми выявлена в исходном состоянии, на 10 мин ГВ, на третьей и пятой минутах нормоксии (p < 0.05). На протяжении ГВ у обследуемых происходило укорочение QT_II-интервала, максимального уменьшения оно достигало у НУ лиц на пятой минуте, у ВУ – 10 мин ГВ (p < 0.05). Далее происходило постепенное увеличение длительности интервала QT_II до конца ГВ, однако продолжало быть меньше исходного. К первой минуте восстановления длительность интервала QT_II практически достигла исходного уровня у всех обследованных.

Продолжительность интервала QTс_II на каждой минуте ГВ и восстановительного периода по сравнению с исходным состоянием и между показателями у обследуемых людей обеих групп существенно не различалась.

В исходном состоянии длительности интервалов J-Tpeak_II и Tpeak-Tend_II составили у людей с ВУ 186.8 ± 14.1 и 72.6 ± 12.5 мс соответственно, у лиц с НУ – 201.1 ± 11.8 и 82 ± 9 мс.

Относительно исходного состояния на протяжении всего периода ГВ у обследуемых наблюдалось укорочение интервалов J-Tpeak_II и Tpeak-Tend_II. У ВУ лиц статистически значимое уменьшение интервала J-Tpeak_II выявлено с пятой по 15 мин острой гипоксии, и на первой минуте восстановления (p < 0.05), у лиц с НУ – с первой минуты и до конца ГВ. Длительность интервала Tpeak-Tend_II у людей с ВУ незначительно уменьшилась относительно исходного значения, у лиц с НУ отмечены статистически значимо меньшие значения с первой по 10 мин ГВ. В восстановительный период у обследуемых продолжительность интервалов J-Tpeak_II и Tpeak-Tend_II практически не различалась с показателями исходного уровня.

Проведен корреляционный анализ длительности предсердного (PQ_II) и желудочкового (QT_II) комплексов, интервалов TP_II, J-Tpeak_II, Tpeak-Tend_II с продолжительностью R–R_II интервала в исходном состоянии, при ГВ и в период восстановления после него с использованием коэффициента Пирсона (табл. 2).

Выявлено, что у обследованных корреляция длительностей интервалов QT_II и Tpeak-Tend_II выше, чем QT_II и J-Tpeak_II. Интервалы QT_II и Tpeak-Tend_II коррелируют в исходном состоянии, при ГВ и в период восстановления, тогда как QT_II и J-Tpeak_II у людей с НУ – только в исходном состоянии, на 15 мин ГВ и третьей минуте восстановительного периода. У лиц ВУ высокая корреляционная связь отмечена на первой минуте ГВ и третьей минуте нормоксии.

Показано, что у лиц с ВУ при ГВ длительности R-R_II интервала изменяются в соответствии с интервалами PQ_II, QT_II, TP_II (PQ_II, QT_II – до 10 мин воздействия и при восстановлении). Корреляция длительности поздней реполяризации желудочков (интервала Tpeak-Tend_II) с общей длительностью начальной и конечной желудочковой активности (интервала QT_II) выше, чем периода ранней реполяризации (J-Tpeak_II), который коррелирует с QT_II слабо (коэффициент Пирсона более 0.6 отмечен только на 1 мин ГВ и 3 мин восстановления).

У людей с НУ при ГВ продолжительность интервала R-R_II коррелировала с изменениями длительности TP_II и QT_II (QT_II – с 10 мин ГВ и при восстановлении). Показана корреляция длительности QT_II-интервала и Tpeak-Tend_II при ГВ и восстановлении, с интервалом J-Tpeak_II только в конце ГВ и при восстановлении.

При ГВ в период реполяризации желудочков сердца на ЭПС на поверхности грудной клетки обследованных людей происходили изменения максимальной амплитуды положительного и отрицательного экстремумов и времени достижения ими максимального значения (табл. 3) по сравнению с исходным состоянием.

Амплитудные характеристики. В исходном состоянии не выявлено существенной разницы в амплитудных характеристиках ЭПС на поверхности тела у обследованных обеих групп. Максимальная амплитуда положительного экстремума ЭПС у людей с ВУ составила 0.83 ± 0.22 мВ, у лиц с НУ– 0.73 ± 0.2 мВ; отрицательного экстремума – –0.28 ± 0.1 и –0.3 ± 0.12 мВ соответственно. В течение ГВ выявлено небольшое уменьшение, в период восстановления – незначимое увеличение максимальной амплитуды экстремумов по сравнению с исходным состоянием.

Временны́е характеристики. В исходном состоянии положительный экстремум ЭПС достигает своих максимальных значений в период реполяризации желудочков сердца статистически раньше у людей с ВУ (212 ± 10 мс), чем у лиц с НУ (234 ± 13 мс) (p < 0.05). Статистически значимо более раннее относительно исходного достижение положительным экстремумом ЭПС максимального значения у ВУ людей выявлено на первой и 10 мин ГВ, у НУ лиц – в течение всего периода ГВ, при этом значимая разница между обследуемыми отмечена на первой минуте острой гипоксии. Время достижения максимального значения отрицательным экстремумом ЭПС у ВУ лиц статистически значимо уменьшилось на первой и 15 мин ГВ, у НУ – на первой и пятой минутах острой нормобарической гипоксии.

При переходе обследуемых на дыхание атмосферным воздухом время достижения экстремумами ЭПС максимальных значений быстро возвращалось к исходным и не различалось с ними. Выявлена статистически значимая разница во времени достижения экстремумами ЭПС максимальных амплитуд между обследуемыми (p < 0.05) на третьей минуте восстановления, на пятой минуте – только у максимума.

Характерные признаки воздействия гипоксической гипоксии [1, 3, 12, 13] были отмечены и у обследованных нами людей: увеличение ЧСС, незначительное изменение артериального давления, уменьшение сатурации гемоглобина крови.

У обследованных нами лиц с ВУ происходило постепенное уменьшение R–R интервала, достигшее статистически значимой величины к 10 мин воздействия, у людей с НУ – значимое укорочение с первой минуты и до конца ГВ.

Анализ ЭКГ_II при ГВ у обследованных лиц показал значимые изменения длительностей интервалов QT_II, J-Tpeak_II, Tpeak-Tend_II.

Процесс восстановления возбудимости кардиомиоцитов чувствителен к разного рода воздействиям, поэтому в условиях кислородной недостаточности укорочение интервала QT может быть как незначительным [14], так и довольно существенным [15]. Модельные исследования [16, 17] позволили предположить, что изменение продолжительности интервала Tpeak-Tend отражает увеличение трансмуральной дисперсии реполяризации, а интервала J-Tpeak – свидетельствует об изменении длительности реполяризации эпикарда. Изменение продолжительности интервала QT находится в прямой зависимости от величины падения оксигенации гемоглобином крови [18].

В проведенном исследовании обнаружена высокая корреляция укорочения длительности QT_II и Tpeak-Tend_II при ГВ у всех субъектов независимо от устойчивости к гипоксии, а интервалов QT_II и J-Tpeak_II – преимущественно у лиц с НУ к ГВ в исходном состоянии, на 15 мин ГВ и в течение всего периода восстановления. Сходное изменение продолжительности J-Tpeak_II и Tpeak-Tend_II при ГВ было отмечено нами у спортсменов-пловцов [19], которые в силу профессиональной деятельности высокореактивны к гипоксической гипоксии [20].

Изменения временны́х характеристик ЭКГ_II на гипоксический стимул у лиц с НУ были существеннее, чем у людей с ВУ, что может косвенно указывать на более несовершенную регуляцию при гомеостатических сдвигах.

Время начала реполяризации, длительность потенциала действия кардиомиоцитов в разных отделах и слоях желудочков сердца различны, однако реполяризация наблюдается как единый процесс благодаря тому, что кардиомиоциты, деполяризующиеся первыми, имеют более длительный период восстановления возбудимости, чем клетки, деполяризующиеся позже, вследствие чего существует тенденция к выравниванию фаз реполяризации в разных отделах желудочков сердца [16, 21, 22]. Прямыми исследованиями корреляции локальной реполяризации различных участков желудочков сердца здоровых людей по основным анатомическим осям и ЭКГ в униполярных грудных отведениях была показана региональная зависимость ЭКГ на поверхности тела от процесса реполяризации в ближайшем нижележащем миокарде: амплитуда и полярность T-волны в прекордиальных отведениях отражает полярность T-волны электрограмм нижележащего миокарда; подъем T-волны в грудных отведениях V1–V3 хорошо коррелирует с процессом реполяризации правого желудочка, отведения V5–V6 чувствительны к трансмуральному градиенту реполяризации основания и средней части левого желудочка [23].

Экстремумы электрического поля сердца характеризуют суммарный максимальный потенциал множества кардиомиоцитов, де- или реполяризованных в единицу времени, их пространственную локализацию [8, 9]. В проведенном нами исследовании на фоне практически неизмененных величин длительности QTc интервала и амплитуд положительного и отрицательного экстремумов электрического поля сердца при ГВ, время достижения экстремумами максимальных величин у лиц с ВУ значимо меньше, чем у людей с НУ в исходном состоянии, на первой минуте воздействия и при восстановлении. Экспериментально показано, что в условиях дефицита кислорода происходит снижение активности энергозависимых ионных обменников клеточной мембраны [24], что приводит к изменению формы и продолжительности потенциала действия кардиомиоцитов [25, 26]. Вероятно, замедление достижения максимальных величин экстремумов у людей с НУ к ГВ может быть обусловлено более существенным изменением функционирования ионных каналов кардиомиоцитов при гипоксии вследствие более несовершенных механизмов регуляции и компенсации гомеостатических сдвигов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, выявлено различие показателей электрической активности сердца в период реполяризации желудочков на воздействие острой гипоксии у людей с разной устойчивостью к гипоксическому стимулу. Выявлено, что у лиц с низкой устойчивостью к гипоксии укорочение интервала QT_II связано с уменьшением длительности ранней и поздней реполяризации – интервалов Tpeak-Tend_II и J-Tpeak_II, у людей с высокой устойчивостью – преимущественно с продолжительностью поздней реполяризации – интервала Tpeak-Tend_II, при этом время достижения экстремумами электрического поля сердца максимальных значений также значимо укорачивалось. Изменение функции миокарда при остром гипоксическом воздействии отразилось на электрическом поле сердца в период реполяризации желудочков преимущественно изменением временны́х характеристик экстремумов при практически неизменной максимальной величине амплитуд.

Этические нормы. Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены локальным биоэтическим комитетом ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар).

Информированное согласие. Каждый участник исследования представил добровольное письменное информированное согласие, подписанное им после разъяснения ему потенциальных рисков и преимуществ, а также характера предстоящего исследования.

Финансирование работы. Работа проведена в рамках НИР ФИЦ Коми НЦ УрО РАН (АААА-А18-118012390260-9), комплексной программы УрО РАН (АААА-А18-118012390269-2) (Сыктывкар).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией данной статьи.