Применение метода лазерной доплеровской флоуметрии в оценке реакции микрогемоциркуляции кожи на ортостатическое воздействие до и после серии вращений на центрифуге короткого радиуса

Язык труда и переводы:
УДК:
612.135
Дата публикации:
14 января 2023, 23:43
Категория:
Секция 20. Космическая биология и медицина
Аннотация:
Проведена оценка реакции микрогемоциркуляции кожи на ортостатическое воздействие до и после серии вращений на центрифуге короткого радиуса. Для исследования микроциркуляторного русла в различных областях кожи (лоб, голени, предплечье) использовали метод лазерной доплеровской флоуметрии. Показано, что при ортостатическом воздействии наблюдается уменьшение кровенаполнения микроциркуляторного русла кожи исследуемых областей, выраженное в снижении базальной перфузии, увеличении амплитуды венулярных колебаний и колебаний, отражающих эндотелиальные, нейрогенные, миогенные механизмы формирования сосудистого тонуса, а также снижении амплитуды пульсовых колебаний.
Ключевые слова:
центрифуга короткого радиуса, лазерная доплеровская флоуметрия, микрогемодинамика, микроциркуляция, пассивная ортостатическая проба
Основной текст труда

Введение

Известно, что в условиях космического полета у космонавтов снижается ортоустойчивость [1–4]. Было показано, что ортостатическое воздействие оказывает влияние на функциональное состояние «конечного» звена сердечно-сосудистой системы — микроциркуляторного русла [5, 6]. Следует отметить, что изучение микроциркуляции в условии ортовоздействия является достаточно актуальной областью исследований, поскольку именно на этом уровне реализуется транспортная функция сердечно-сосудистой системы и обеспечивается транскапиллярный обмен, создающий необходимый для нормальной жизнедеятельности организма тканевой гомеостаз [7, 8]. Центрифуга короткого радиуса (ЦКР) рассматривается перспективным средством профилактики неблагоприятных влияний невесомости в условиях космического полета [9], и, вероятно, может привести к улучшению ортоустойчивости, в том числе при наземном моделировании эффектов микрогравитации. Цель работы заключалась в изучении функционального состояния микрогемоциркуляции в коже различных регионов тела с использованием метода лазерной доплеровской флоуметрии у здоровых обследуемых при проведении пассивной ортостатической пробы до и после воздействия серии вращений на ЦКР.

Материалы и методы

В исследовании принимали участие 5 здоровых мужчин-добровольцев в возрасте от 34 до 45 лет, допущенных врачебно-экспертной комиссией ГНЦ РФ – ИМБП РАН к участию в эксперименте. Каждая серия вращений на ЦКР проходила по следующей схеме: скорость разгона ЦКР с градиентом нарастания 0,01 ед./с до перегрузки 1,27 ед. (на уровне стоп с учетом земной гравитации) с площадкой длительностью 5 мин, далее разгон ЦКР с градиентом нарастания 0,01 ед./с до перегрузки 2,06 ед. с площадкой длительностью 5 мин, торможение ЦКР с градиентом уменьшения 0,01 ед. до перегрузки 1,27 ед. с площадкой длительностью 5 мин. Данный цикл повторялся непрерывно 4 раза, торможение ЦКР выполнялось с градиентом уменьшения 0,01 ед., общее время вращения в каждой серии составляло 60 мин. Перерыв между вращениями на ЦКР составлял 2 суток. Пассивную ортостатическую пробу проводили в соответствии с рекомендациями по стандартизации методик в аналоговых экспериментах [10]. Регистрацию исследуемых параметров на первом этапе осуществляли в горизонтальном положении на поворотном столе (15 минут), затем обследуемого переводили в вертикальное положение (+75°) на 15 минут, далее (если пробу не прерывали досрочно) – продолжали регистрацию снова в горизонтальном положении (5 мин). Ортостатический тест проводили за 2–3 суток до первого вращения и на 2-е сутки после заключительного вращения на ЦКР. Для оценки функционального состояния микроциркуляторного русла кожи применяли метод лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) с использованием шести носимых лазерных анализаторов «Лазма ПФ» (ООО НПП «Лазма», Россия), устанавливаемых в различные регионы кожи обследуемых (центральная зона лба и височные области, наружная поверхность предплечья недоминантной руки, передне-внутренние поверхности голеней). Каждый анализатор в свой состав включает датчик с длиной волны лазерного излучения 850 нм при мощности выходного сигнала около 1 мВт, датчик температуры кожи, а также акселерометр. Беспроводная передача результатов мониторинга состояния микроциркуляторно-тканевой системы в компьютер оператора осуществлялась по технологии BlueTooth. Среди показателей функционального состояния микрогемоциркуляции кожи изучали динамику величин базальной перфузии, с применением вейвлет-анализа – амплитуды колебаний, отражающие активность механизмов, формирующих сосудистый тонус. Мониторинг показателей с лазерных датчиков осуществляли непрерывно во всех фазах проведения ортостатического теста. Основные параметры центральной гемодинамики (артериальное давление, частота сердечных сокращений, ударный объем, сердечный выброс, общее периферическое сопротивление) регистрировали каждые 2 мин с использованием кардиомонитора МПР6-03 – «Тритон» (ООО «Тритон–ЭлектроникС», Россия).

Результаты и обсуждение

Проведенное исследование позволило выявить функциональные особенности микроциркуляторного русла при ортостатическом воздействии у здорового человека до и после серий вращений на ЦКР. Практически во всех тестах обследуемые продемонстрировали удовлетворительную ортоустойчивость, за исключением одного случая синкопального состояния и, соответственно, досрочного прекращения ортопробы на 6-й минуте вертикального положения при тестировании до серии вращений на ЦКР. Повышение частоты сердечных сокращений (ЧСС) после перевода в вертикальное положение в среднем составляло 22–23 уд/мин при индивидуальных различиях в динамике изменений как ЧСС, так и величин артериального давления. В условиях ортовоздействия реакция микроциркуляторного русла проявлялась снижением перфузии относительно величин, зарегистрированных в горизонтальном положении, во всех исследованных регионах: в среднем на 5,9 и 3,5 % в коже лба, 34 и 20 % в коже предплечья, 21,7 и 43,9 % в коже голеней — до и после серии вращений, соответственно. При этом, на фоне относительного снижения микрососудистого кровотока наблюдалось увеличение амплитуды венулярных колебаний и колебаний, отражающих эндотелиальные, нейрогенные, миогенные механизмы формирования сосудистого тонуса, а также снижение амплитуды пульсовых колебаний. Аналогичные изменения перфузии и амплитуд колебаний микрососудов кожи в сходных областях (коже лба, предплечий и голеней) были отмечены нашими коллегами в исследовании на мужчинах-добровольцах после перехода от исходного горизонтального положения к вертикальному [6]. Обнаруженные изменения свидетельствуют об уменьшении кровенаполнения микроциркуляторного русла кожи исследуемых областей. Снижение амплитуды вазомоций, формирующейся от пульсовой волны, указывает на уменьшение величины просвета резистивных микрососудов — прекапиллярных артериол, что может быть обусловлено как повышением гидростатического давления в венулярном звене сосудистого русла на фоне затруднения оттока крови от капилляров, так и активацией симпатических влияний при переходе в вертикальное положение тела. Следует отметить, что в случае зарегистрированного синкопального состояния отмечалась тенденция к направленному снижению среднего значения базальной перфузии в коже лобной и височных областей. Таким образом, применение носимых датчиков ЛДФ для регистрации кожной перфузии расширяет возможности мониторинга реакции системы кровообращения на уровне микрососудов на ортостатическое воздействие. По результатам данного исследования индивидуальный характер реакций сердечно-сосудистой системы на ортовоздействие до и после серии вращений на ЦКР при малом объеме выборки не позволяет сделать однозначный вывод о влиянии вращений по выбранному режиму на ортоустойчивость у здорового человека. Изучение направленности изменений параметра кожного кровотока в области головы в качестве маркера пресинкопальных состояний при ортостатической пробе требует уточнения и дальнейших исследований.

Грант
Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований ГНЦ РФ-ИМБП РАН, темы 64.1, 65.1.
Литература
  1. Шик Л.Л., Сергеева К.А., Моисеев В.А. Изучение причин ортостатической неустойчивости. Проблемы космической биологии. Москва, Наука, 1975, т. 31, с. 157.
  2. Buckey J.C., Lane L.D., Levine B.D. et al. Orthostatic intolerance after spaceflight. J Appl Physiol, 1996, vol. 81 (1), p. 7. DOI: https://doi.org/10.1152/jappl.1996.81.1.7
  3. Егоров А.Д. Механизмы снижения ортостатической устойчивости в условиях длительных космических полетов. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2001, т. 35, № 6, с. 3.
  4. Носков В.Б. Ортостатическая толерантность после космических полетов и моделированных воздействий: новые подходы к оценке и профилактике. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2011, т. 45, № 2, с. 16–25.
  5. Tikhonova I.V., Grinevich A.A., Guseva I.E., Tankanag A.V. Effect of orthostasis on the regulation of skin blood flow in upper and lower extremities in human. Microcirculation, 2020, vol. 28, no. 1, pp. 1–10. DOI: https://doi.org/10.1111/micc.12655
  6. Fedorovich A.A., Loktionova Yu.I., Zharkikh E.V., Mikhailova M.A., Popova J.A., Suvorov A.V., Zherebtsov E.A. Body position affects capillary blood flow regulation measured with wearable blood flow sensors. Diagnostics, 2021, vol. 11, no. 36, pp. 1–12. DOI: https://doi.org/10.3390/diagnostics11030436
  7. Braverman I.M. The Cutaneous Microcirculation: ultrastructure and microanatomical organization. Microcirculation, 1997, vol. 4, no. 4, pp. 329–340.
  8. Крупаткина А.И., Сидорова В.В. (ред.). Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови. Руководство для врачей. Москва, Медицина, 2005, 256 с.
  9. Орлов О.И., Колотева М.И. Центрифуга короткого радиуса как новое средство профилактики неблагоприятных эффектов невесомости и перспективные планы по разработке проблемы искусственной силы тяжести применительно к межпланетным полетам. Авиакосмическая и экологическая медицина, 2017, т. 51, № 7, с. 11–18.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.