Вікові особливості реакції організму на гіпоксичний стрес: механізми та шляхи підвищення стійкості до гіпоксії

66

ІНСТИТУТ ГЕРОНТОЛОГІЇ АКАДЕМІЇ МЕДИЧНИХ НАУК УКРАЇНИ

УДК 612. 67: 612. 23: 612. 261

ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ РЕАКЦІЇ ОРГАНІЗМУ НА ГІПОКСИЧНИЙ СТРЕС:

МЕХАНІЗМИ ТА ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ДО ГІПОКСІЇ

14.03.03 - нормальна фізіологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геронтології АМН України.

Захист відбудеться “10“ квітня 2008 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.551.01 при Інституті геронтології АМН України за адресою: 04114, м. Київ, вул. Вишгородська, 67.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геронтології АМН України за адресою: м. Київ, вул. Вишгородська, 67.

Автореферат розісланий “_____“ _______ 2008 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради к.мед.н. Потапенко Р.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Гіпоксичним порушенням гомеостазу належить важлива роль у механізмах розвитку різних патологічних процесів [Горанчук В.В. та ін., 2003; Колчинская А.З. та ін., 2003; Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004]. На думку Л.Д. Лук'янової, будь-який патологічний стан прямо або опосередковано пов'язаний з порушенням кисневого гомеостазу організму [Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004]. Гіпоксичний вплив призводить до гіпоксичних зрушень, у відповідь на які розвивається комплекс адаптивних реакцій [Горанчук В.В., Сапова Н.И., Иванов А.О., 2003; Лукьянова Л.Д., 2000; Meerson F.Z., 1993; Neckar J. et al., 2002; Zhu H., Jackson Т., Bunn H.F., 2002]. При цьому ступінь досконалості регуляторних механізмів визначає здатність організму протистояти гіпоксії, тобто стійкість до гіпоксії [Горанчук В.В., Сапова Н.И., Иванов А.О., 2003; Колчинская А.З. та ін., 2003; Лукьянова Л.Д., 2000; Bisgard G.E., Neubauer J.A., 1995; Meerson F.Z., 1993; Neckar J. et al., 2002].

Роботами вітчизняних та закордонних вчених було показано, що гіпоксичні зміни супроводжують такі фізіологічні процеси, як старіння [Коркушко О.В., Иванов Л.А., 1990; Коркушко О.В., 1998; Коркушко О.В. та ін., 2003; Gippenreiter E., West J.B., 1996; Serebrovskaya T.V. et al., 2000; Tafil-Klawe M., Klawe J.J., 2003; Фролькис В.В., 1975; Чеботарев Д.Ф. та ін., 1969]. Згасання функцій та порушення процесу транспорту кисню в старості може поглиблювати порушення кисневого обміну, призводити до розвитку артеріальної гіпоксемії, тканинної гіпоксії та зниженню стійкості до гіпоксичного впливу людей похилого віку [Коркушко О.В., 1998; Коркушко О.В. та ін., 2003; Gippenreiter E., West J.B., 1996; Serebrovskaya T.V. et al., 2000; Ozawa T., 1997; Tafil-Klawe M., Klawe J.J., 2003]. Зниження стійкості до гіпоксії у людей похилого віку знижує реактивність організму до несприятливих чинників зовнішнього середовища, ускладнює перебіг патологічних процесів, сприяє прискореному старінню [Коркушко О.В., Иванов Л.А., 1990; Коркушко О.В., 1998; Коркушко О.В. та ін., 2003; Gippenreiter E., West J.B., 1996; Serebrovskaya T.V. et al., 2000; Ozawa T., 1997; Tafil-Klawe M., Klawe J.J., 2003].

Вікове зниження стійкості до гіпоксії обґрунтовує необхідність розробки методів корекції гіпоксичних станів і підвищення стійкості до гіпоксії в старості. Розробка методів підвищення стійкості до гіпоксії буде сприяти розширенню адаптаційних можливостей організму людини похилого віку, профілактики прискореного старіння, профілактики та лікуванню захворювань.

Тому проблема стійкості до гіпоксії є особливо актуальною для геронтології та геріатрії [Коркушко О.В., Иванов Л.А., 1990; Коркушко О.В., 1998; Коркушко О.В. та ін., 2003; Serebrovskaya T.V. et al., 2000; Ozawa T., 1997; Tafil-Klawe M., Klawe J.J., 2003].

Вплив гіпоксичної гіпоксії на організм людини інтенсивно вивчався протягом багатьох років вітчизняними та закордонними дослідниками [Агаджанян Н.А., Чижов А.Я., 2003; Березовський В.Я. та ін., 2000; Березовский В.А., Левашов М.И., 2000; Дудко В.А., Соколов А.А., 2000; Колчинская А.З. та ін., 2003; Коркушко О.В., 1998; Gippenreiter E., West J., 1996; Asano K. et al., 1997; Ehleben W. et al., 1998; Henderson K.K. et al., 2001; Foster G.E. et al., 2005].

Однак дані літератури, присвячені аналізу можливих механізмів погіршення адаптації людей похилого віку до гіпоксичного стресу, нечисленні і суперечливі. Тому з'ясування механізмів вікових змін стійкості до гіпоксичного стресу та розробка методів підвищення стійкості до гіпоксії людей похилого віку має велике теоретичне та практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках комплексних наукових досліджень, які проводилися у відділі клінічної фізіології та патології внутрішніх органів Інституту геронтології АМН України в 2004-2009 рр.: “Дослідити механізми зниження стійкості до гіпоксії в похилому віці та розробити підходи до корекції гіпоксичних зрушень” (шифр 00.18.04, № держреєстрації 0104U002273) (відзначена дипломом Президії АМН України як краща науково-дослідна робота), “Розробка підходів до підвищення стійкості до гіпоксичного стресу у людей з фізіологічним та прискореним старінням” (шифр 4507, № держреєстрації 0107U002587). Автор є виконавцем зазначених наукових досліджень.

Мета дослідження. Мета даної роботи - з'ясувати механізми зниження стійкості до гіпоксії у людей похилого віку та розробити підходи до її підвищення.

Задачі дослідження:

1. З'ясувати вікові особливості змін вентиляції при гіпоксичному стресі.

2. З'ясувати вікові особливості газообміну та оксигенації крові в легенях при гіпоксичному стресі.

3. З'ясувати вікові особливості кисневотранспортної функції (SpО₂, P₅₀, 2,3-дифосфогліцерат) і кислотно-лужного стану крові при гіпоксичному стресі.

4. Оцінити зміни напруги кисню в тканинах при гіпоксичному стресі у людей похилого віку.

5. З'ясувати вікові особливості гемодинамічної відповіді на гіпоксичний стрес.

6. З'ясувати вікові особливості реакції мікроциркуляції та функції ендотелію на гіпоксичний стрес.

7. З'ясувати вікові особливості реакції вегетативної нервової системи на гіпоксичний стрес.

8. З'ясувати вікові особливості стану системи про-антиоксидантного захисту при гіпоксичному стресі.

9. З'ясувати роль генетичних маркерів (HІF-1) у розвитку стійкості до гіпоксії у людей похилого віку.

10. Оцінити ефективність гіпоксичних тренувань і антигіпоксантів для підвищення стійкості до гіпоксії в людей похилого віку.

Об'єкт дослідження: вентиляція, гемодинаміка, легеневий газообмін, кисневотранспортна функція крові, мікроциркуляція, обмін кисню в тканинах, симпатоадреналова система, про-антиоксидантна система, варіабельність ритму серця, гіпоксія-індуцібельний фактор (HIF-1) у людей різного віку.

Предмет дослідження: вплив віку і гіпоксичного стресу на вентиляцію, гемодинаміку, легеневий газообмін, кисневотранспортну функцію крові, мікроциркуляцію, обмін кисню в тканинах, симпатоадреналову систему, про-антиоксидантну систему, вегетативну активність, HІF-1 у людей різного віку.

Методи дослідження: клінічні, лабораторні, інструментальні. Для виявлення вікових механізмів реакції організму на гіпоксичний стрес використовували: гіпоксичну пробу на безперервно зростаючу гіпоксію (на апаратному комплексі “Гіпотрон”, Україна) з моніторуванням вмісту кисню у вдихуваному повітрі, сатурації крові (SpО₂), вентиляції, числа серцевих скорочень (HR), артеріального тиску (BP), ЕКГ і вегетативної активності; гіпоксичну пробу з вдиханням 12% О₂ протягом десяти і двадцяти хвилин з моніторуванням вмісту О₂ у вдихуваному повітрі, споживання О₂, вентиляції, SpО₂, HR, BP, вегетативної активності, визначенням концентрації в крові катехоламінів, кортизолу, лактату, показників про-антиоксидантної системи, Hb, газів крові і кислотно-лужного стану крові, HІF-1, вивченням дифузійної спроможності легень (DL_со) і рівномірності вентиляції легень (РВЛ), проведенням тетраполярної реографії (центральна гемодинаміка), полярографії (обмін О₂ у тканинах), лазердопплерфлоуметрії (мікроциркуляція та функція ендотелію).

Для вивчення ефективності підвищення стійкості до гіпоксії застосовувалися: спірографія, ВЕМ, визначення реакції на психоемоційне та фізичне навантаження, добове моніторування BP, аналіз добової варіабельності ритму серця (HRV); визначення газів крові і кислотно-лужного стану крові, 2,3-дифосфогліцерату, катехоламинів, показників про-антиоксидантного балансу, Hb; визначення DL_со і РВЛ; лазердопплерфлоуметрія; гіпоксична проба на безперервно зростаючу гіпоксію, гіпоксична проба з вдиханням 12% О₂ протягом двадцяти хвилин.

Для обробки отриманих даних застосовувався статистичний аналіз із використанням комп'ютерних програм "Exel 2003" і "Statіstіca 6,0 for Wіndows".

Наукова новизна отриманих результатів. В дисертаційній роботі представлені нові дані, що розкривають механізми зниження стійкості до гіпоксії в похилому віці, розроблені методи підвищення стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Вперше комплексно вивчені вентиляторна і гемодинамічна відповіді на гіпоксію, реакція на гіпоксичний стрес дифузійної спроможності й рівномірності вентиляції легень, кисневотранспортної функції крові, мікроциркуляції, обміну кисню в тканинах, симпатоадреналової і про-антиоксидантної систем, вегетативної активності у людей похилого віку. Вперше показано, що зниження стійкості організму до гіпоксичного стресу при старінні проявляється зменшенням порога переносимості гіпоксичного навантаження, а також розвитком при цьому більш вираженої артеріальної гіпоксемії, тканинної гіпоксії та накопиченням лактату. Вперше з'ясовано, що основними чинниками, що визначають зниження стійкості до гіпоксії при старінні є зниження ефективності легеневого газообміну внаслідок зменшення дифузійної спроможності й рівномірності вентиляції легень; недостатня вентиляторна і гемодинамічна відповіді на гіпоксію внаслідок зниження ефективності хеморефлексу і чутливості синусового вузла серця до вегетативних впливів; недостатня реакція на гіпоксію з боку кисневотранспортної системи крові; зниження ефективності обміну кисню в тканинах внаслідок вікових порушень мікроциркуляції й розвитку дисфункції ендотелію. Вперше встановлено, що при гіпоксичному впливі розвиток компенсаторних реакцій визначається вираженістю артеріальної гіпоксемії й не пов'язаний з поліморфізмом HIF-1. Вперше показано, що у відповідь на гіпоксію в людей похилого віку розвивається надмірна реакція симпатоадреналової системи й порушується про-антиоксидантний баланс організму.

Вперше обґрунтована ефективність застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і триметилгідразінію пропіонату для підвищення стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Показано, що застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і триметилгідразінію пропіонату підвищує стійкість до гіпоксичного стресу й здійснює позитивний вплив на організм людей похилого віку. При цьому інтервальні нормобаричні гіпоксичні тренування роблять більш комплексний й більш виражений вплив на організм людини похилого віку.

Практичне значення одержаних результатів. Показано, що для оцінки функціональних можливостей, адаптаційних резервів, рівня здоров'я, темпу старіння та ризику розвитку патології у людей похилого віку, необхідно проводити визначення стійкості організму до гіпоксії. Слід проводити гіпоксичну пробу з моніторуванням параметрів вентиляції, гемодинаміки і газообміну. Обґрунтовано використання розроблених вікових нормативів для коректної оцінки реакції організму на гіпоксичний вплив і стійкості до гіпоксії людей похилого віку. Обґрунтовано застосування інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань і препарату антигіпоксичної дії “триметилгідразінію пропіонат” для підвищення стійкості до гіпоксії і корекції гіпоксичних зрушень у людей похилого віку. Показано, що для забезпечення максимальної ефективності і безпеки при проведенні інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань необхідно індивідуально підбирати рівень, що тренує, гіпоксичного впливу шляхом проведення гіпоксичної проби з контролем самопочуття і моніторування основних параметрів вентиляції, гемодинаміки й газообміну.

Впровадження результатів дослідження. Отримані дані використовуються в навчальному процесі на кафедрі терапії та геріатрії НМАПО ім. П.Л. Шупика, кафедрі ревматології та терапії НМАПО ім. П.Л. Шупика, кафедрі госпітальної терапії №1 і профпатології Дніпропетровської державної медичної академії, кафедрі нормальної фізіології медичного інституту Української асоціації народної медицини, кафедрі фармакології, нормальної та патологічної фізіології Інституту екології та медицини; впроваджені в клінічну практику в загально-терапевтичне та кардіологічне відділення Інституту геронтології АМН України, терапевтичне відділення №1 Київської міської клінічної лікарні №7, медичний центр “Авесана”, відділення бронхіальної астми Інституту фтизіатрії та пульмонології ім. Ф.Г. Яновського АМН України, лабораторію функціональних методів дослідження Інституту очних хвороб і тканинної терапії ім. В.П. Філатова АМН України, спеціалізовану медико-санітарну частину №5 м. Славутич, поліклінічне відділення Кримської Республіканської клінічної лікарні ім. М.О. Семашко, Кримський медичний центр по обслуговуванню депортованих народів, що підтверджено актами впровадження.

За матеріалами дисертації отримані патенти “Спосіб визначення стійкості організму людини до гіпоксії” (патент України №7845), “Спосіб визначення функціонального віку організму людини” (патент України №14734), “Спосіб підвищення опорності до гіпоксії організму людини” (патент України №17698).

Особистий внесок здобувача. Автором самостійно обґрунтовані актуальність і необхідність проведення досліджень, сформульовані його мета та завдання. Проведений аналіз наукової літератури, патентний пошук та самостійно здійснений відбір пацієнтів. Підготовлені наукові публікації. Більшість досліджень, аналіз отриманих результатів, обробка даних, оформлення дисертаційної роботи, а також формулювання висновків і основних положень, які виносяться на захист, виконані автором самостійно.

Спільні дослідження проведені з співробітниками Інституту геронтології АМН України к.мед.н. Писаруком А.В. (фрагмент по аналізу варіабельності ритму серця), к.мед.н. Чижовою В.П. і Дужаком Г.В. (фрагмент по мікроциркуляції), Папугою М.С. (фрагмент по велоергометрії); співробітниками Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України д.б.н. Серебровською Т.В. і Беліковою М.В. (фрагмент по антиоксидантам, катехоламінам і HIF-1б); співробітниками Інституту ендокринології і обміну речовин АМН України ім. В.П. Комисаренко Івченко Л.М., Болинською Т.Ф. (фрагмент по кортизолу) і Наумчук Н.С. (фрагмент по лактату).

Автором не використовувались ідеї і розробки співавторів публікацій.

Матеріали кандидатської дисертації не використовувались при написанні докторської.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні положення дисертації були представлені на: міжгалузевій науково-практичній конференції “Оцінка ризику захворюваності від забруднення навколишнього середовища та впровадження нових технологій” (Київ, 2003); ІV Національному конгресі патофізіологів України з міжнародною участю (Чернівці, 2004); V Українській конференції молодих вчених, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2004); науковій конференції молодих вчених “Актуальні проблеми старіння”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2005); науково-практичній конференції “Терапевтичні читання: алгоритми сучасної діагностики та лікування внутрішніх хвороб”, присвяченій пам'яті академіка Л.Т. Малої (Харків, 2005); науково-практичній конференції “Сучасна медицина обличчям до терапевтичної практики” (Харків, 2005); другому Українсько-польському симпозіумі та симпозіумі Європейського респіраторного товариства “Актуальні проблеми пульмонології: патофізіологія, діагностика, лікування” (Київ, 2005); ІV національному конгресі геронтологів і геріатрів України (Київ, 2005); ІV Російській конференції (з міжнародною участю) “Гіпоксія: механізми, адаптація, корекція” (Москва, 2005); науковому симпозіумі “Актуальні проблеми фтизіатрії та пульмонології”, (Тернопіль, 2005); науковій конференції молодих вчених з міжнародною участю “Актуальні проблеми геронтології та геріатрії”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2006); XVІІ з'їзді Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю (Чернівці, 2006); ІІ Всеросійській науковій конференції “Мікроциркуляція в клінічній практиці” (Москва, 2006); Hіgh Altіtude Medіcіne and Bіology, Advanced Research Workshop (Іssyk-Kul, 2006); VІІІ World Congress Іnternatіonal socіety for adaptіve medіcіne (ІSAM) (Moscow, 2006); XXІ Congress of Polіsh socіety of lung dіseases. The thіrd symposіum of Polіsh-Ukraіnіan respіratory workіng group (Opole, 2006); науково-практичній конференції з міжнародною участю “Хронобіологія та хрономедицина: теоретичні та клінічні перспективи” (Чернівці, 2006); 66th Іnternatіonal conference “Hypoxіa іn Medіcіne” (Mіlan, Іtaly, 2006); науковій конференції молодих вчених з міжнародною участю “Біологічні основи розвитку патології пізнього віку”, присвяченій пам'яті академіка Володимира Веніаміновича Фролькіса (Київ, 2007); XІІ міжнародному симпозіумі “Еколого-фізіологічні проблеми адаптації” (Москва, 2007); науково-практичній конференції з міжнародною участю “Електронна охорона здоров'я” і науково-практичному симпозіумі “Інформаційні технології для клінічної практики”, (Харків, 2005); VІ European Congress “Healthy and actіve ageіng for all Europeans”, (Saіnt Petersburg, Russіa, 2007); міжнародній конференції “Комп'ютерна медицина-2007” (Роль інформаційних технологій в реформуванні охорони здоров'я”, (Харків, 2007); міжнародній науково-практичній конференції “Інноваційні технології в сучасній пульмонології” (ІV Українсько-польський пульмонологічний симпозіум), (Донецьк, 2007); науково-практичній конференції “Вікова поліморбідність і медикаментозна терапія” (Київ, 2007); засіданнях наукової ради сектора клінічної геронтології та геріатрії Інституту геронтології АМН України; засіданнях відділу клінічної фізіології та патології внутрішніх органів Інституту геронтології АМН України.

Апробація дисертації проведена на розширеному засіданні Вченої ради Інституту геронтології АМН України 19.10.2007 (протокол засідання № 10).

Публікації. Результати дисертації представлені у 54 публікаціях: 27 статей (десять з них одноосібно), що опубліковані у журналах, які рекомендовані ВАК України; 24 тези та 3 матеріали національних та міжнародних конгресів, з'їздів, симпозіумів, конференцій; отримано 3 патенти України.

Структура та обсяг дисертації. Робота викладена на 339 сторінках. Дисертація складається із вступу, літературного огляду, розділу “Матеріал та методи дослідження”, шістьох розділів власних спостережень, заключення, висновків, практичних рекомендацій, списку літератури (218 кирилицею і 233 латиницею). Робота ілюстрована 61 малюнком, містить 43 таблиці.

Основний зміст роботи

Матеріал та методи дослідження. Для рішення поставлених завдань усього було обстежено 405 практично здорових людей у віці від 20 до 80 років, які знаходилися на стаціонарному і амбулаторному обстеженні в загально-терапевтичному відділенні Інституту геронтології АМН України.

Групу практично здорових людей похилого та старечого віку складали люди 60-79 років, які за станом здоров'я відповідали віковим нормативам, розробленим в Інституті геронтології АМН України, без ознак гострих та хронічних захворювань, яки могли б впливати на досліджувані показники. В групу молодих здорових людей було включено особи 18-39 років, у яких не було скарг на стан здоров'я і при обстеженні у них не було виявлено ніяких порушень. Групу здорових людей зрілого віку складали особи 40-59 років без скарг на стан здоров'я та ознак будь-яких захворювань (табл. 1). Кожен з учасників дослідження дав письмову інформовану згоду на участь в дослідженнях.

Таблиця 1. Контингент обстежених осіб

Для визначення реакції організму на гіпоксичний вплив нами проводилися функціональні гіпоксичні проби:

1. Гіпоксична проба з постійним рівнем гіпоксії (вміст О₂ у вдихуваній газовій суміші 12%) протягом десяти хвилин. При цьому тривалість гіпоксичного впливу складала десять хвилин; тривалість як вихідного (перед гіпоксичним впливом), так і відновлювального (після гіпоксичного впливу) періодів складала п'ять хвилин. При проведенні гіпоксичної проби щохвилини моніторували SpО₂, показники вентиляції та газообміну в легенях - хвилинний об'єм дихання (VE), частоту дихання (F), дихальний об'єм (VT) і споживання кисню організмом за одну хвилину (VО₂). Кожні п'ять хвилин моніторували показники центральної гемодинаміки - частоту серцевих скорочень, артеріальний тиск, а також показники варіабельності ритму серця. На початку та на 10 хвилині гіпоксії визначали стан мікроциркуляції і функцію ендотелію.

При виборі ступеня гіпоксичного впливу виходили з того, що зниження вмісту О₂ у гіпоксичної суміші до 15-16% ще помітно не впливає на організм здорової людини, оскільки в цих умовах кисневі параметри артеріальної і венозної крові, а тим більше напруга О₂ в у тканинах залишаються вище критичних рівнів. У той же час, при зниженні вмісту О₂ у гіпоксичної суміші нижче 11,5-12% (відповідає 3500-4000 м над рівнем моря) напруга О₂ в артеріальної крові та в тканинах може виявитися нижче критичної [Березовський В.Я. та ін., 2000; Горанчук В.В. та ін., 2003; Колчинская А.З. та ін., 2003; Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б., 2004; Коркушко О.В., Иванов Л.А., 1980]. Таким чином, застосування гіпоксичної суміші з 12% О₂ викликає розвиток компенсаторних реакцій, але не приводить до критичної артеріальної гіпоксемії й тканинної гіпоксії;

2. гіпоксична проба з постійним рівнем гіпоксії (вміст О₂ у вдихуваній газовій суміші 12%) протягом двадцяти хвилин. Створення гіпоксичного стану, тривалість вихідного і відновлювального періодів, а також моніторування SpО₂, показників вентиляції та газообміну в легенях, показників центральної гемодинаміки і варіабельності ритму серця була аналогічною десятихвилинній гіпоксичній пробі, однак тривалість гіпоксичного впливу складала двадцять хвилин. На початку, на 10 та на 20 хвилинах гіпоксичного впливу визначали стан мікроциркуляції та функцію ендотелію. У вихідному стані (перед гіпоксичним впливом) та на 20 хвилині гіпоксичного впливу визначали хвилинний серцевий викид (Q), периферичний опір судин (ПОС), здійснювали забір венозної крові для визначення: катехоламінів плазми крові, що відображають гормональну складову симпатоадреналової системи - адреналіну, норадреналіну, дофаміну, ДОФА; кортизолу, що відображає реакцію організму на стрес; показників ПОЛ, що відображають стан вільнорадикальних процесів, і антиоксидантного захисту - супероксиддисмутази (СОД), каталази (КАТ), продуктів, що реагують із тіобарбитуровою кислотою (ТБК) (відображає вміст малонового діальдегіду); молочної кислоти. Вміст газів крові (Р_аО₂, Р_аСО₂) та кислотно-лужний стан (рН, сНСО₃, ВЕ) - найважливіших параметрів газообміну, що відображають реакцію організму на гіпоксичний вплив - визначали в артериализованої капілярної крові на початку та на 20 хвилині гіпоксичної проби. Перед гіпоксичним впливом і одразу після нього визначали Dl_co по окисі вуглецю методом стійкого стану на апараті “Годарт” (Голландія), РВЛ - методом розведення гелію за допомогою геліометра “ПООЛ 1” (СРСР), обмін О₂ у тканинах - полярографічним методом на полярографі “LP-7” (Чехословаччина);

3. гіпоксична проба з безперервно зростаючим рівнем гіпоксії (зворотне дихання). Для вивчення реакції на безперервно зростаючу гіпоксію і визначення індивідуального гіпоксичного порога проводили гіпоксичну пробу з поступовим зменшенням концентрації О₂ у вдихуваній газовій суміші на апаратному комплексі “Гіпотрон” (Україна) під контролем вмісту О₂ у вдихуваному повітрі. При проведенні гіпоксичної проби проводили моніторування параметрів вентиляції, гемодинаміки, ЕКГ, SpО₂. Гіпоксичну пробу припиняли при досягненні граничних значень показників вентиляції, гемодинаміки, SpО₂, вмісту О₂ у вдихуваній газовій суміші за розробленими критеріями (патент України №7845).

Для підвищення стійкості до гіпоксії у людей похилого віку застосовували інтервальні нормобаричні гіпоксичні тренування (ІНГТ) та препарат антигіпоксичної дії триметилгідразінію пропіонат (ТП) (“мілдронат”, “Grindex”, Латвія).

Гіпоксичні тренування проводились на апаратному комплексі “Гипотрон” (Україна), під контролем вмісту О₂ у вдихуваному повітрі за розробленою методикою (патент України №17698). Курс тренувань складався з 10 щоденних сеансів, кожний з яких містив у собі цикли, що чергуються, 5 хвилинного дихання гіпоксичною сумішшю та 5 хвилинного дихання атмосферним повітрям (усього 3 п'ятихвилинних цикли дихання гіпоксичною сумішшю). Перед курсом тренувань визначали індивідуальний тренуючий рівень гіпоксії за розробленою методикою (патент України №7845).

Триметилгідразінію пропіонат призначався щодня протягом 10 днів, по 5 мл 10% розчину внутрівенно струйно 1 раз на добу.

Групою порівняння служили люди похилого віку, які замість гіпоксичної суміші дихали повітрям. Режим і тривалість дихання повітрям були аналогічні гіпоксичним тренуванням.

Пацієнти похилого віку, які отримували гіпоксичні тренування, триметилгідразінію пропіонат або дихали повітрям не займалися спортом, не були тренованими, мали звичайний рівень фізичної активності, раніше не отримували гіпоксичних тренувань.

Стан вентиляції та газообміну в легенях вивчали за допомогою автоматичного газоаналізатора “Oxicon-4” (фірма “Minhart”, Нідерланди). Визначення сатурації крові, числа серцевих скорочень, артеріального тиску, варіабельності ритму серця проводили за допомогою кардіомонітора “UM-300” (фірма “ЮТАС”, Україна). Хвилинний серцевий викид і периферичний опір судин визначали методом тетраполярної реографії на апараті “Медіана-1” (СРСР). Мікроциркуляцію та функцію ендотелію оцінювали шляхом визначення об'ємної швидкості шкіряного кровотоку (ОШШК) в області верхньої кінцівки, в області чола та при проведенні проби з реактивною гіперемією за методом Коркушко О.В. та ін. (2001) за допомогою лазерного допплерівського флоуметра (“BLF 21D”, фірма “Transonic S. Inc.”, США). Інтенсивність вільнорадикальних процесів визначали в плазмі венозної крові по концентрації продуктів, що реагують із ТБК. Стан антиоксидантної системи визначали за активністю СОД і КАТ. Активність КАТ оцінювали в реакції розщеплення перекису водню в присутності молебдата амонію по методу Королюк М.А. та ін. (1988), активність СОД - у плазмі крові по методу Чеварі С. та ін. (1985). Визначення концентрації катехоламінів проводили в плазмі венозної крові методом окислювання і наступної флуоресценції за допомогою спектрофлуоріметра “FVA” (“Hitachi”, Японія) за модифікованим методом Jacobwith P.M., Richardson J.S. (1979). Гази крові та кислотно-лужний стан у артеріализованої капілярної крові визначали на аналізаторі “AVL OMNI” (Австрія). Визначення рівня лактату проводили в венозної крові ензиматично-амперметричним методом на апараті “Super GL” (фірма “Dr. Muller”, Німеччина). Вміст кортизолу визначали в плазмі венозної крові радіоімунним методом за допомогою наборів “Cortisol RIA” (фірма “Immunnotech”, Чехія). Визначення HIF-1 проводили в цільній крові з використанням наборів “DIAtom DNA Prep100” (“Ізоген”, Росія) та за допомогою методу полімеразної ланцюгової реакції з наступним рестрикційним аналізом. Дослідження функції зовнішнього дихання проводили на апараті “Пневмотахограф” (фірма “Годарт”, Голландія), рівень Hb визначали фотометрично по загальноприйнятій методиці геміглобінціанідним методом, для аналізу HRV здійснювали безперервну реєстрацію ЕКГ протягом доби за допомогою монітора “РР-101/24” фірми “Сольвейг” (Україна), для оцінки змін добового артеріального тиску здійснювали безперервну реєстрацію артеріального тиску протягом доби за допомогою монітора “ABPM-04” (“Meditech“, Угорщина), для відтворення стану психоемоційної стресорної напруги застосовували лабораторну модель психоемоційної напруги - комп'ютерне завдання вибору (розроблена співробітниками Інституту геронтології АМН України А.В. Писаруком і І.А. Антонюк-Щегловой), навантажувальні тести виконувалися на велоергометрі з реєстрацією ЕКГ на електрокардіографі “6-NEK-4” (Німеччина), визначення 2,3-дифосфогліцерату проводили за методикою дефосфорілювання органічних фосфатів і наступному визначенні неорганічного фосфору за Віноградовою І.Л. та ін. (1980).

Для обробки отриманих даних використався статистичний аналіз з використанням критерію Ст'юдента та кореляційного і регресійного аналізу за допомогою комп'ютерних програм “Excel 2003” і “Statіstіca 6,0 for Wіndows”.

Результати дослідження та їх обговорення. Аналіз динаміки SpО₂ при гіпоксичної пробі з вдиханням 12% О₂ протягом десяти хвилин показав, що SpО₂ у людей похилого віку знижується швидше та більш значно, у порівнянні з молодими людьми. Крім того, відновлення SpО₂ після переходу на дихання повітрям у людей похилого віку уповільнено.

У відповідь на гіпоксичний вплив SpО₂ достовірно (р < 0,05) знижується у людей всіх вікових груп. Причому, у процесі старіння зниження SpО₂ наростає, про що свідчить збільшення зсувів SpО₂ з віком при гіпоксичному впливі і достовірна кореляція (r = -0,41; p = 0,01) між зсувами SpО₂ і віком.

Тобто, при старінні відзначається більш виражена артеріальна гіпоксемія при однаковому гіпоксичному впливі. Отримані дані свідчать про зниження стійкості до гіпоксії з віком. Про зниження стійкості до гіпоксії здорових людей похилого віку також свідчить достовірно більший (р < 0,05), у порівнянні з молодими людьми, рівень О₂ у вдихуваної гіпоксичної суміші, при яком припинялась проба з безперервним зниженням вмісту кисню у вдихуваної газової суміші.

Подовження гіпоксичної експозиції (до 20 хвилин) до подальшого зниження SpО₂ не приводило, що відображається у відсутності розходжень між зсувами SpО₂ на 10 та 20 хвилинах у всіх вікових групах (табл. 2).

Таблиця 2. Вентиляторна реакція на гіпоксію при диханні 12% О₂ протягом двадцяти хвилин у практично здорових людей різного віку У порівнянні з людьми у віці 20-29 років, р<0,05; (?VE/?SpО₂)_max - максимальна вентиляторна відповідь за весь час гіпоксії; (?VE/?SpО₂)_{10 хв} - максимальна вентиляторна відповідь протягом перших 10 хвилин гіпоксії; (?VE/?SpО₂)_{20 хв} - максимальна вентиляторна відповідь в період від 10 до 20 хвилини гіпоксії; ? 10 хв - зсуви відповідного показника протягом перших 10 хвилин гіпоксії; ? 20 хв - зсуви відповідного показника в період від 10 до 20 хвилини гіпоксії

Збільшення часу гіпоксичного впливу (до 20 хвилин) також не призвело до змін вентиляторної реакції ні у молодих, ні у людей похилого віку. Це видно з відсутності розходжень між максимальними зсувами VE у період від 10 до 20 хвилин гіпоксичного впливу у всіх групах обстежених (див. табл. 2).

Незважаючи на більш виражені зсуви SpО₂ у людей похилого віку, вікових розходжень максимальних зсувів показників вентиляції при гіпоксичному впливі не було виявлено (див. табл. 2). Тому у людей похилого віку компенсація артеріальної гіпоксемії за рахунок збільшення вентиляції легень менш ефективна, у порівнянні з молодими людьми.

Інакше кажучи, у людей похилого віку, незважаючи на більш виражену артеріальну гіпоксемію, що розвивається у відповідь на гіпоксичний стимул, реакція вентиляції при цьому не збільшується, в порівнянні з молодими. Це чітко видно при розгляді співвідношення ?VE/?SpО₂, що відображає зріст вентиляції на одиницю зсувів сатурації крові і характеризує вентиляторну відповідь на гіпоксію. Отримані дані показали, що у людей похилого віку це співвідношення достовірно нижче, у порівнянні з молодими людьми (див. табл. 2). Це свідчить про зниження вентиляторної відповіді на гіпоксію з віком. На нашу думку, причиною цього є зниження ефективності системи хеморефлекторної регуляції вентиляції легень. Підтвердженням висловленому є експериментальні дослідження, які були виконані в Інституті геронтології АМН України під керівництвом В.В. Фролькіса (1975) на тваринах різного віку. Було встановлено, що в процесі старіння змінюється хеморефлекторна чутливість, внаслідок чого послабляється зворотна інформація про артеріальну гіпоксемію і поглиблюється гіпоксія.

Серед всіх обстежених людей було виділено дві групи: I - з низьким (вище 80%) і II - з високим (нижче 80%) ступенем зниження SpО₂ при диханні гіпоксичною сумішшю (табл. 3).

Таблиця 3. Вентиляторна реакція на гіпоксію у практично здорових молодих і похилих людей зі зниженням SpО₂ вище 80% (І група) і нижче 80% (ІІ група) У порівнянні з показниками людей I групи відповідного віку, р<0,05

Якщо серед молодих людей зниження SpО₂ нижче 80% відзначалося лише в 21,9% обстежених, то серед осіб похилого віку зниження SpО₂ нижче 80% було виявлено в 53,8% обстежених людей.

При цьому вентиляторна відповідь у групах молодих і людей похилого віку зі зниженням SpО₂ нижче 80% була достовірно менше, у порівнянні із групою, де SpО₂ знижувалася до 80% (див. табл. 3).

Зниження вентиляторної відповіді на гіпоксичний стимул є одним з механізмів зниження стійкості до гіпоксії при старінні.

Механізми компенсації при гіпоксичному стресі в похилому віці недостатні, свідченням чого є накопичення в крові лактату. Так, при гіпоксичний пробі з диханням 12% О₂ протягом двадцяти хвилин у людей похилого віку достовірно зростає рівень лактату (з 1,57±0,17 до 2,78±0,15 ммоль/л, р < 0,05), у той час як у молодих людей цей показник практично не змінюється (з 1,58±0,23 до 1,82±0,29 ммоль/л, ns).

Дослідження показали, що у обстежених практично здорових людей різних вікових груп поліморфізм HIF-1б не був виявлений, незважаючи на наявність у них широкого спектру індивідуальних варіацій вентиляторної відповіді на гіпоксію. Можливо, причиною відсутності поліморфізму гена HIF-1б є те, що обстежені особи були здоровими, у той час за літературними даними, поліморфізм гена є предиктором розвитку патології [Bhattacharya S. et al., 1999; Damert A., Ikeda E., Risau W., 1997; Ebert B.L., Bunn H.F., 1998; Lando D. et al., 2003; Tanimoto K. et al., 2003].

Як у молодих, так і у людей похилого віку, як показали дослідження, достовірно знижується SpО₂ і Р_аО₂ при гіпоксичному стресі. При цьому у людей похилого віку розвивається більш виражена артеріальна гіпоксемія при гіпоксичному впливі. Так, зсув Р_аО₂ у відповідь на гіпоксичний стрес склав (-33,140,21 мм рт. ст.) і (-34,640,25 мм рт. ст.), у молодих і похилих відповідно, p<0,05.

Зсуви кислотно-лужного стану крові у людей похилого віку при гіпоксичному стресі характеризуються зменшенням вмісту бікарбонатів, дефіцитом основ у крові і незначному зниженні рН. Підвищення рівня лактату в крові ще не викликає значних змін pН крові, що свідчить про спроможність її буферних систем. Зміни кислотно-лужного стану крові можна розцінювати як компенсований метаболічний ацидоз. У молодих людей при гіпоксії змін кислотно-лужного стану крові не спостерігалося.

У групах людей молодого і похилого віку зі зниженням SpО₂ нижче 80% при гіпоксичному впливі Р_аО₂ знижувалося більш значно, у порівнянні із групою, де SpО₂ знижувалася до 80% (табл. 4).

Таблиця 4. Середні значення показників легеневого газообміну і кислотно-лужного стану крові при гіпоксичному стресі у практично здорових людей молодого і похилого віку зі зниженням сатурації крові вище 80% (I група) і нижче 80% (II група) р< 0,05 у порівнянні з показниками людей I групи відповідного віку; ^# - р < 0,05 у порівнянні з показниками молодих людей відповідної групи; Р_аО₂ - напруга кисню в артеріальній крові; Р_аСО₂ - напруга вуглекислого газу в артеріальній крові; рН - кислотність крові; сНСО₃ - вміст бікарбонатів у крові; ВЕ - надлишок або дефіцит буферних основ; Д - зсув показника

При цьому достовірних розходжень реакції Р_аСО₂, Р₅₀, рН і кислотно-лужного стану крові на гіпоксію між групами людей (як між молодими, так і між людьми похилого віку) з різним ступенем зниження SpО₂ на гіпоксію виявлено не було.

Збільшення артеріальної гіпоксемії при гіпоксичному стресі призводить до зменшення вмісту і доставки О₂. Про це свідчить виявлена достовірна кореляція зсувів SpО₂ зі зсувами вмісту (r = -0,79; p = 0,001) і доставки (r = -0,58; p = 0,001) О₂. Оскільки найбільші зсуви SpО₂ при гіпоксичному впливі, як було відзначено вище, спостерігалися у людей похилого віку, збільшення віку приводило до достовірного збільшення зсувів вмісту і доставки О₂ при гіпоксії (табл. 5).

Таблиця 5. Середні значення показників транспорту кисню при диханні повітрям і 12% О₂ протягом двадцяти хвилин у практично здорових людей різного віку розходження з показниками молодих людей достовірні, p<0,05; ^# - зсуви достовірні, p<0,05; SpO₂ - сатурація крові киснем; С_аО₂ - вміст кисню в крові; Hb - гемоглобін; Q - хвилинний серцевий викид; DO₂ - доставка кисню; Р₅₀ - величина Р_аО₂, при якій гемоглобін насичений киснем на 50%; VО₂ - споживання кисню організмом за одну хвилину; C_аО₂-С_vО₂ - артеріовенозна різниця по кисню; Д - зсув показника

У відповідь на гіпоксичний вплив у людей похилого віку підвищується рівень Hb, обумовлений викидом еритроцитів з депо, і Q (див. табл. 5). Однак, компенсаторні реакції системи транспорту О₂ у відповідь на гіпоксію знижуються при старінні, що призводить до зменшення доставки О₂ тканинам у людей похилого віку (див. табл. 6). Зниження доставки О₂ при гіпоксичному стресі у людей похилого віку пригнічує тканинне дихання і викликає розвиток компенсованого метаболічного ацидозу, як було показано вище.

Компенсаторне зростання DL_co і РВЛ у відповідь на гіпоксичний стрес знижено у людей похилого віку (ДDL_co = 2,840,24 мл/хв/мм рт. ст. у молодих і 1,750,21 мл/хв/мм рт. ст. у похилих, p<0,05; Дчас розведення гелію = 1,860,08 хв у молодих і 1,220,09 хв у похилих, p < 0,05). Внаслідок цього (а також зниження вентиляторної відповіді) у них розвивається більш виражена артеріальна гіпоксемія. Установлено залежність між зсувами часу розведення гелію і SpО₂ (r = - 0,58, p < 0,001), а також зсувами DL_co і SpО₂, (r = -0,65, p < 0,001) при гіпоксичному стресі.

При гіпоксичному стресі зсуви часу розведення гелію і DL_co, а також співвідношення ДDL_co/ДSpО₂ менше в групі молодих і людей похилого віку зі зниженням SpО₂ нижче 80%, ніж у групі молодих і людей похилого віку зі зниженням SpО₂ до 80%. При цьому у людей похилого віку зі зниженням SpО₂ нижче 80% співвідношення ДDL_co/ДSpО₂ було менше, а зсуви часу розведення гелію і DL_co були менш вираженими, у порівнянні з молодими людьми цієї ж групи.

Зниження газообміну в легенях і кисневотранспортної функції крові при гіпоксичному стресі у людей похилого віку є одним із провідних чинників зниження стійкості до гіпоксії при старінні.

При гіпоксичному стресі у людей похилого віку відбувається пригнічення процесів обміну О₂ у тканинах (табл. 6).

Таблиця 6. Середні значення показників тканинного дихання в підшкірній клітковині передпліччя (проба з перетисканням) при диханні повітрям і 12% О₂ протягом двадцяти хвилин у практично здорових людей різного віку ^* - розходження з показниками молодих людей достовірні, p<0,05; ^# - зсуви достовірні, p<0,05

При цьому, в основному, страждає утилізація О₂ тканинами. Свідченням цьому є достовірна зміна у людей похилого віку при гіпоксичному стресі показників проби з перетисканням, що відображають споживання О₂ тканинами: збільшення латентного періоду зниження РО₂, зменшення кута зниження РО₂, а також зниження рівня зниження РО₂ за перші дві хвилини і весь час перетискання. При цьому виявлена залежність між віком і зрушеннями рівня зниження РО₂ за весь час перетискання (r = -0,52; p = 0,002). Вираженість порушень обміну О₂ у тканинах при гіпоксичному стресі у людей похилого віку залежить від ступеня артеріальної гіпоксемії. Про це свідчить виявлена кореляційна залежність між зсувами латентного періоду і зсувами SpО₂ (r = 0,64; p = 0,001), зсувами рівня зниження РО₂ за весь час перетискання і зсувами SpО₂ (r = 0,48; p = 0,005).