Отчет о проведенных испытаниях аппаратно-программного комплекса «Поли-Спектр» и системы медицинского контроля для дистанционной передачи электрокардиограммы (ЭКГ) и дыхания в процессе морской тренировки космонавтов

В.М. Михайлов (Нейрософт),
Н.А. Филатов (ЦПК им. Ю.А. Гагарина)

В сентябре 2001 года проведены испытания аппаратно-программного комплекса Поли-Спектр и системы медицинского контроля (СМК) для дистанционной передачи электрокардиограммы (ЭКГ) и параметров дыхания.

1. Диагностическая значимость метода для оценки общего функционального состояния организма и адаптационных резервов

При выборе тактики реабилитационной терапии у практически здоровых людей важно учитывать общее функциональное состояние организма. Функциональное состояние — это комплекс наличных характеристик тех функций и качеств человека, которые прямо или косвенно обуславливают выполнение трудовой деятельности. Задача оценки функционального состояния (ФС) человека возникает всегда, когда ставится вопрос о его профессиональной пригодности, работоспособности, прогнозируется риск возникновения заболевания. ФС подвержено постоянным флюктуациям. У здорового человека эти флюктуации не выходят за определенные физиологические границы, и параметры ФС остаются соответствующими данной ситуации, что позволяет говорить об адекватной регуляции гомеостаза. Для оценки ФС играют роль не только и, может быть, не столько средние значения этих параметров, сколько пределы их колебаний, разные для разных систем и существенно отличающиеся в патологии (А.М.Зимкина,1978).

При разработке концепции оценки ФС на основе исследования ВРС мы исходим из того, что все органы и системы нашего организма находятся под постоянным нервно-гуморальным контролем. Тесный симбиоз симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы и гуморальных влияний обеспечивает координирующую функцию и достижение оптимальных результатов в плане адаптации к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды. Отклонения, возникающие в регулирующих системах, предшествуют гемодинамическим, метаболическим, энергетическим нарушениям и, следовательно, являются наиболее ранними прогностическими признаками неблагополучия пациента. Сердечный ритм является индикатором этих отклонений, а потому исследование вариабельности ритма сердца имеет важное прогностическое и диагностическое значение при самой разнообразной патологии: заболеваниях сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, эндокринной систем и психоэмоциональных (стрессовых) нарушениях.

Ориентировочную оценку адаптационных возможностей организма можно получить уже при визуальной оценке ритмограммы (РГ). Флюктуации сердечного ритма, их размах, регулярность позволяют судить о диапазоне регуляторных возможностей организма. Сравните ритмограммы, представленные на рис. 1 и 2.

Рис. 1. РГ здорового человека с высоким уровнем регуляторных возможностей.		Рис. 2. РГ больного с низким уровнем регуляторных возможностей.

Чем больше выражены колебания системы (в данном случае ритма сердца — рис. 1), тем выше регуляторные возможности организма. Понятно, что в первом случае реабилитационный потенциал значительно выше, чем потенциал пациента, представленный на ритмограмме 2 (рис 2.). Методы временного (статистического) анализа хотя и могут в определенной степени охарактеризовать текущее (фоновое) функциональное состояние, однако вряд ли их можно считать достаточно корректными и полными для адекватной оценки. В сравнении с показателями, характеризующими вариабельность ритма сердца (SDNN, CV% и др.), корректнее оценивать мощность и волновую структуру колебательного процесса с использованием методов спектрального анализа. Поэтому при определении адаптационных возможностей организма целесообразнее ориентироваться на показатель общей мощности спектра и структуру спектральной мощности (показатели TP, HF, LF, VLF). Чем выше общая мощность спектра (ТР), тем лучше текущее функциональное состояние организма. В то же время имеет значение не только общая мощность спектральных показателей, но и их структура. Иначе говоря, важно, за счет какой регуляторной системы, или как, осуществляется регуляция функционального состояния органов и систем. В общебиологическом плане наиболее оптимальный путь регуляции — это регуляция за счет быстрой системы реагирования — HF-компонента. Не случайно общепризнанным является понимание защитной (трофической) роли вагуса. С другой стороны, избыточная активация одной из систем регулирования неизбежно, как и любой однобокий процесс, приводит к разбалансировке системы, а потому требует адекватного участия в процессах регулирования других компонентов регуляции, что находит свое отражение в появлении волн медленного (LF-компонента) и очень медленного периода (VLF-компонента), отражающих соответственно влияние симпатических и гуморально-метаболических (церебральных эрготропных) влияний на модуляцию сердечного ритма.

Данное исследование проведено на практически здоровых испытуемых во время морских тренировок. Цель подобной тренировки — моделирование экстремальных условий автономного существования при внештатном приводнении космонавтов в море.

Понятие «выживание космических экипажей» после вынужденного приземления (приводнения) определяется как целенаправленная деятельность для сохранения жизни, здоровья и работоспособности космонавтов. Система жизнеобеспечения космонавта основывается как на создании и совершенствовании средств защиты (НАЗ, спецодежды, питания, фармакологических препаратов), способах обеспечения выживания, так и на результатах исследования его функционального состояния (ФС) в реальных и моделируемых экстремальных условиях автономного существования. Установлено, что ухудшение ФС космонавтов, его астенизация является следствием дезинтегративных энергетических процессов в организме при дистрессе выживания и развития доминанты в ЦНС вследствие воздействия предельных уровней охлаждения, перегревания, дегидратации, гипоксии и гиперкапнии. Существенными факторами негативного психоэмоционального модулирования ФС являются эмоция страха и болевые ощущения. Стрессогенные условия морских тренировок представляют несомненную ценность для формирования у космонавтов профессионально важных качеств, оценки особенностей внутригруппового функционирования экипажей, изучения и оценки индивидуально-психологических, индивидуально-типологических свойств и качеств личности космонавтов, для разработки рекомендаций по совершенствованию индивидуального стиля профессиональной деятельности. Актуальной проблемой на сегодняшний день остается детальная оценка вегетативных и психоэмоциональных резервов регуляции ФС, решение которой возможно с помощью современных программно-аппаратных комплексов, в том числе и дистанционного медицинского контроля в процессе тренировок космонавтов.

Материалы и методы

В исследование включено 12 практически здоровых испытуемых (средний возраст 37,4±5,8 года): 11 мужчин и одна женщина. Регистрация и оценка показателей вариабельности ритма сердца (ВРС) проводились в соответствии с Международным Стандартом (1996) по 5-минутным записям. Дополнительно регистрировалась пневмограмма. Записи на борту корабля осуществлялись с использованием АПК Поли-Спектр, регистрация ЭКГ и пневмограммы из капсулы спускаемого аппарата — при помощи СМК, разработанного компанией Нейрософт.

Результаты исследования

Показатели спектрального анализа до и после тренировок приведены в таблицах 1 и 2.

Показатели спектрального анализа ВРС до «сухой» тренировки (запись в покое, лежа) (n=12) (Таблица 1)

Показатели спектрального анализа ВРС после «сухой» тренировки (запись в покое, лежа) (n=12) (Таблица 2)

Как видно из данных, представленных в таблицах 1 и 2, после тренировки с высокой достоверностью снизились общая спектральная мощность и мощность спектра во всех исследуемых диапазонах. В структуре спектральной мощности достоверно снизился показатель HF,%, т.е. уменьшился вклад быстрых (высокочастотных) колебаний, и относительно увеличился вклад медленной и очень медленной составляющих, что свидетельствует о повышении активности симпатоадреналовой системы, церебральных эрготропных и гуморально-метаболических влияний, иначе говоря, отражает степень выраженности стресса. В более наглядной форме указанные процессы представлены на диаграммах 1 и 2.

Рис.3. Показатели спектрального анализа ВРС до и после «сухой» тренировки (запись в покое, лежа).

Рис.4. Показатели спектрального анализа ВРС до и после «сухой» тренировки (ортостатическая проба).

Аналогичные изменения ВРС наблюдались во время «длинной» тренировки (табл. 3 и 4).

Показатели спектрального анализа ВРС до «длинной» тренировки (запись в покое, лежа) (n=7) (Таблица 3)

Показатели спектрального анализа ВРС после «длинной» тренировки (запись в покое, лежа) (n=7) (Таблица 4)

Исходно более низкие показатели спектральной мощности до «длинной» тренировки по сравнению с «сухой» свидетельствуют о большей утомляемости перед началом «длинной» тренировки, т.к. «длинная» проводилась спустя 2-3 дня после «сухой» тренировки.

При оценке вегетативной дисфункции наиболее целесообразно анализировать динамику показателя LF/HF, отражающего баланс симпатического и парасимпатического отделов ВНС, и показатель К 30:15, характеризующий реактивность парасимпатического отдела нервной системы при ортостатической пробе. Динамика этих показателей, представленная на диаграмме 3, свидетельствует о повышении симпатоадреналовой активности и снижении парасимпатической реактивности после тренировок. Иначе говоря, данные параметры позволяют охарактеризовать адаптационные резервы организма. Как видно из представленной диаграммы, имеет место отчетливо выраженное снижение адаптационных резервов.

Рис.5. Динамика соотношения LF/HF и коэффициента 30:15 в ходе «сухой» тренировки.

2. Диагностическая значимость метода для оценки нарушений ритма

При обследовании первых трех экипажей (9 человек) у троих испытуемых выявлены нарушения ритма. В одном случае обнаружена фибрилляция предсердий, в двух — наджелудочковые экстрасистолы. Своевременное выявление фибрилляции предсердий и отстранение испытуемого от дальнейших тренировок позволили предотвратить развитие более тяжелых осложнений.

Наличие наджелудочковой экстрасистолии — менее опасное нарушение ритма, однако только постоянное мониторирование ЭКГ с использованием СМК дает возможность проводить тренировку с минимальным риском для испытуемого.

3. Диагностическая значимость системы медицинского контроля для дистанционной передачи ЭКГ в процессе тренировок

Применение СМК в процессе тренировок позволило, помимо наблюдения за ритмом сердца, контролировать степень физической нагрузки на организм и своевременно изменять интенсивность нагрузок. В частности, при ЧСС более 75-85% от индивидуальной максимальной величины ее целесообразно дать отдых на восстановление ЧСС до уровня ориентировочно 120 в 1 мин. Появление признаков «морской» болезни (укачивания) на ритмограмме сопровождается отчетливо выраженным замедлением ЧСС (максимально зарегистрированное урежение ЧСС достигало 36-40 в 1 мин). В этом случае также необходимо делать перерыв в работе. На рис. 6 (ЭКГ и пневмограмма) представлены эпизоды урежения ритма (со 100 до 40-42 в 1 мин), обусловленного укачиванием и, как следствие, повышением активности парасимпатического отдела ВНС.

Рис.6. ЭКГ. Эпизоды урежения сердечного ритма во время приступа тошноты.

На рис. 7 представлен фрагмент ритмограммы ритма сердца, на котором зафиксирован эпизод укачивания, а также экстрасистолы во время проведения тренировки.

Рис.7. Ритмограмма испытуемого во время радиотелеметрии.

Таким образом, проведение мониторинга ЭКГ позволяет подобрать индивидуальный ритм (темп) работы, выявить возможные нарушения ритма, проводимости, перегрузки миокарда и ишемию миокарда, если таковая возникнет.

Выводы:

Аппаратно-программные комплексы Поли-Спектр и системы медицинского контроля для дистанционной передачи ЭКГ позволяют:

• Своевременно выявлять нарушения ритма и проводить стратификацию обследуемых по степени риска развития осложнений. При тяжелых (опасных для здоровья и жизни) аритмиях отстранение испытуемых от тренировок дает возможность предотвратить развитие тяжелых осложнений. При низком риске осложнений непрерывная передача ЭКГ в процессе тренировок позволяет проводить тренировку с минимальным риском для испытуемого.;
• Оценка функционального состояния и адаптационных резервов организма до и после тренировок позволяет дать количественную характеристику такому понятию, как «физиологическая цена деятельности». Иначе говоря, определить, какой ценой дается проведение того или иного этапа тренировки. Данный подход, в свою очередь, дает возможность на практике реализовать положения и концепции сохранения профессионального здоровья, под которым мы понимаем свойство организма сохранять заданные компенсаторные и защитные механизмы, обеспечивающие работоспособность во всех условиях, в которых протекает профессиональная деятельность (В.А.Пономаренко). Именно на основе концепции профессионального здоровья и ранней диагностики нарушений адаптации и уровня функциональных резервов организма возможно использование современных медицинских технологий для коррекции функциональных расстройств, выявленных с помощью АПК фирмы Нейрософт;
• Применение СМК в процессе тренировок позволяет контролировать степень физической нагрузки на организм и своевременно изменять ее интенсивность. Оценка индивидуальной физической работоспособности и выработка на этой основе оптимального темпа работы (уровня нагрузки) в процессе тренировки может быть предметом дальнейшего изучения. Однако уже и сегодня использование СМК дает возможность оптимизировать темп проведения тренировки. Объективная диагностика признаков укачивания также может способствовать безопасности и оптимизации проведения тренировочного процесса;
• Помимо индивидуализации ритма (темпа) работы, контроля над аритмиями, мониторинг ЭКГ поможет выявить возможные нарушения проводимости, перегрузки миокарда и ишемию миокарда, если таковые возникнут;
• Реализация вышеизложенных положений может способствовать сохранению профессионального долголетия, что имеет, помимо всего прочего, и экономический эффект.

Кардиографы • Публикации