Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66409710.31857/S0131164623600428ENEGQUArticlesСтатьиInfluence of Gravitational Unloading on the Dynamics of Blood Redistribution During Orthostasis: The Study by Near-Infrared SpectroscopyВлияние гравитационной разгрузки на динамику перераспределения крови при ортостазе: исследование методом ИК-спектроскопииZhedyaevR. Yu.ЖедяевР. Ю.ost.msu@gmail.comTarasovaO. S.ТарасоваО. С.ost.msu@gmail.comPuchkovaA. A.ПучковаА. А.ost.msu@gmail.comShpakovA. V.ШпаковА. В.ost.msu@gmail.comVinogradovaO. L.ВиноградоваО. Л.ost.msu@gmail.comBorovikA. S.БоровикА. С.ost.msu@gmail.comInstitute of Biomedical Problems of the RASФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАНMoscow State UniversityМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова01112023496677525022025Copyright ©; 2023, Р.Ю. Жедяев, О.С. Тарасова, А.А. Пучкова, А.В. Шпаков, О.Л. Виноградова, А.С. БоровикCopyright ©; 2023, Р.Ю. Жедяев, О.С. Тарасова, А.А. Пучкова, А.В. Шпаков, О.Л. Виноградова, А.С. Боровик2023Р.Ю. Жедяев, О.С. Тарасова, А.А. Пучкова, А.В. Шпаков, О.Л. Виноградова, А.С. БоровикР.Ю. Жедяев, О.С. Тарасова, А.А. Пучкова, А.В. Шпаков, О.Л. Виноградова, А.С. Боровикhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664097

The effects of long-term anti-orthostatic hypokinesia (bed rest – BR, a model of gravitational unloading) on the dynamics of orthostasis-induced changes in the content of total (THb), deoxygenated (HHb), and oxygenated (OHb) hemoglobin in the calf at the level of the gastrocnemius muscle medial head were studied using the near-infrared spectroscopy. In seven young men, 2−4 days before and on the 19th day of BR, a passive head-up tilt test was performed (15 min in the supine position, then 15 min at 65°). After BR, there was an increase in heart rate and a decrease in stroke volume in the supine position, as well as more pronounced changes in these parameters during orthostasis. Blood pressure in the supine position and orthostasis did not change after BR. THb content increased gradually during orthostasis and reached a plateau by the end of the test; after BR, an increase in the half-rise time and a two-fold increase in the plateau level were observed. Tissue HHb content by the end of the tilt test also increased after BR. The dynamics of OHb before BR was more complicated: this indicator grew, reached a maximum during a minute, and then gradually decreased to half of the maximum by the end of the test. After BR, the dynamics of OHb changed drastically: the signal increased gradually and reached a level that was twice the peak value of OHb content before BR. The results allow us to conclude that exposure to BR weakens the compensatory constriction of calf vessels during tilt test; consequently, it is followed by higher blood filling of calf vascular bed, which, in turn, leads to smaller SV during orthostasis.

В данной работе исследовали влияние длительной антиортостатической гипокинезии (АНОГ, модель гравитационной разгрузки) на динамику обусловленных ортостазом изменений содержания общего (THb), дезоксигенированного (HHb) и оксигенированного (OHb) гемоглобина в голени на уровне медиальной головки икроножной мышцы с использованием метода спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне. У семи молодых мужчин за 2–4 сут до и на 19 сут АНОГ проводили пассивную ортопробу (15 мин в положении лежа, затем 15 мин при 65°). После АНОГ наблюдались увеличение частоты сердечных сокращений и снижение ударного объема в положении лежа, а также более выраженные изменения этих показателей при ортостазе. Уровни артериального давления в положении лежа и при ортостазе не изменились после АНОГ. Содержание ТHb во время ортостаза постепенно повышалось с выходом на плато в конце теста; после АНОГ наблюдалось увеличение времени полунарастания этого показателя и повышение уровня плато в два раза. Содержание HHb в ткани к концу ортопробы после АНОГ также увеличивалось. Динамика содержания OHb до АНОГ была более сложной: после перехода в вертикальное положение этот показатель рос, в течение первой минуты достигал максимума, а затем постепенно снижался до половины максимума к концу теста. После АНОГ динамика содержания OHb в ортостазе принципиально изменялась: сигнал постепенно рос и достигал уровня, который вдвое превышал пиковое значение этого показателя до АНОГ. Полученные результаты позволяют заключить, что пребывание в условиях АНОГ приводит к нарушению компенсаторного сужения сосудов голени при ортостазе, к повышению кровенаполнения сосудистого русла ног и, как следствие, к более выраженному снижению ударного объема.

anti-orthostatic hypokinesiablood filling of the vascular bedmyogenic responseorthostasisnear infrared spectroscopy.антиортостатическая гипокинезиякровенаполнение сосудистого русламиогенная реакцияортостазспектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне.Matzen S., Perkot G., Groths S. et al. Blood volume distribution during head-up tilt induced central hypovolaemia in man // Clin. Physiol. 1991. V. 11. № 5. P. 411.Buckey J.C., Lane L.D., Levine B.D. et al. Orthostatic intolerance after spaceflight // J. Appl. Physiol. 1996. V. 81. № 1. P. 7.Stone K.J., Fryer S.M., Ryan T., Stoner L. The validity and reliability of continuous-wave near-infrared spectroscopy for the assessment of leg blood volume during an orthostatic challenge // Atherosclerosis. 2016. V. 251. P. 234.Borovik A.S., Orlova E.A., Tomilovskaya E.S. et al. Phase coupling between baroreflex oscillations of blood pressure and heart rate changes in 21-day dry immersion // Front. Physiol. 2020. V. 11. P. 455.Zhedyaev R.Y., Tarasova O.S., Sharova A.P. et al. Diverse effects of seven-day dry immersion on hemodynamic responses in head-up tilt and lower body negative pressure tests // Acta Astronaut. 2023. V. 208. P. 105.Arbeille P., Kerbeci P., Mattar L. et al. Insufficient flow reduction during LBNP in both splanchnic and lower limb areas is associated with orthostatic intolerance after bedrest // Am. J. Physiol. – Hear. Circ. Physiol. 2008. V. 295. № 5. P. H1846.Taneja I., Moran C., Medow M.S. et al. Differential effects of lower body negative pressure and upright tilt on splanchnic blood volume // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2007. V. 292. № 3. P. H1420.Herault S., Fomina G., Alferova I. et al. Cardiac, arterial and venous adaptation to weightlessness during 6-month MIR spaceflights with and without thigh cuffs (bracelets). // Eur. J. Appl. Physiol. 2000. V. 81. № 5. P. 384.Barbic F., Heusser K., Minonzio M. et al. Effects of prolonged head-down bed rest on cardiac and vascular baroreceptor modulation and orthostatic tolerance in healthy individuals // Front. Physiol. 2019. V. 10. P. 1061.Pavy-Le Traon A., Heer M., Narici M.V. et al. From space to Earth: Advances in human physiology from 20 years of bed rest studies (1986–2006) // Eur. J. Appl. Physiol. 2007. V. 101. № 2. P. 143.Pandiarajan M., Hargens A.R. Ground-based analogs for human spaceflight // Front. Physiol. 2020. V. 11. P. 716.Arbeille P., Kerbeci P., Mattar L. et al. WISE-2005: tibial and gastrocnemius vein and calf tissue response to LBNP after a 60-day bed rest with and without countermeasures // J. Appl. Physiol. 2008. V. 104. № 4. P. 938.Фу К., Виноградова О.Л., Камия А. и др. Влияние моделируемой микрогравитации на венозную растяжимость ноги при ортостатической неустойчивости // Авиакосм. и эколог. мед. 2002. Т. 36. № 3. С. 46. Fu Q., Vinogradova O., Kamiya A. et al. [Effects of simulated microgravity on leg venous compliance in orthostatic intolerance] // Aviakosm. Ekol. Med. 2002. V. 36. № 3. P. 46.Hachiya T., Blaber A.P., Saito M. Near-infrared spectroscopy provides an index of blood flow and vasoconstriction in calf skeletal muscle during lower body negative pressure // Acta Physiol. 2008. V. 193. № 2. P. 117.Truijen J., Kim Y.S., Krediet C.T.P. et al. Orthostatic leg blood volume changes assessed by near-infrared spectroscopy // Exp. Physiol. 2012. V. 97. № 3. P. 353.Barstow T.J. Understanding near infrared spectroscopy and its application to skeletal muscle research // J. Appl. Physiol. 2019. V. 126. P. 1360.Binzoni T., Quaresima V., Ferrari M. et al. Human calf microvascular compliance measured by near-infrared spectroscopy // J. Appl. Physiol. 2000. V. 88. № 2. P. 369.Hachiya T., Walsh M.L., Saito M., Blaber A.P. Delayed vasoconstrictor response to venous pooling in the calf is associated with high orthostatic tolerance to LBNP // J. Appl. Physiol. 2010. V. 109. № 4. P. 996.Пучкова А.А., Шпаков А.В., Баранов В.М. и др. Общие результаты эксперимента с 21-суточной антиортостатической гипокинезией без применения средств профилактики // Авиакосм. и эколог. мед. 2023. T. 57. № 4. С. 31. Puchkova A.A., Shpakov A.V., Baranov V.M. et al. [General results of the experiment with 21-day antiorthostatic hypokinesia without countermeasures] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2023. V. 57. № 4. P. 31.Sugawara J., Tanabe T., Miyachi M. et al. Non-invasive assessment of cardiac output during exercise in healthy young humans: Comparison between Modelflow method and Doppler echocardiography method // Acta Physiol. Scand. 2003. V. 179. № 4. P. 361.Кузнецов С.Ю., Попов Д.В., Боровик А.С., Виноградова О.Л. Определение аэробно-анаэробного перехода по интенсивности ЭМГ и данным инфракрасной спектроскопии работающей мышцы // Физиология человека. 2015. Т. 41. № 5. С. 108. Kuznetsov S.Y., Popov D.V., Borovik A.S., Vinogradova O.L. Determination of aerobic – anaerobic transition in the working muscle using EMG and near infrared spectroscopy data // Human Physiology. 2015. V. 41. № 5. P. 548.Попов Д.В., Кузнецов С.Ю., Орлова Е.А. и др. Валидация метода для оценки анаэробного порога в работающей мышце // Физиология человека. 2019. Т. 45. № 2. С. 70. Popov D.V., Kuznetsov S.Y., Orlova E.A. et al. Validity of a muscle specific method to evaluate the anaerobic threshold in exercised muscles // Human Physiology. 2019. V. 45. № 2. P. 174.Young G.M., Krastins D., Chang D. et al. The association between contrast- enhanced ultrasound and near-infrared spectroscopy-derived measures of calf muscle microvascular responsiveness in older adults // Hear. Lung Circ. 2021. V. 30. № 11. P. 1726.Kitano A., Shoemaker J.K., Ichinose M. et al. Comparison of cardiovascular responses between lower body negative pressure and head-up tilt // J. Appl. Physiol. 2005. V. 98. № 6. P. 2081.Lott M.E.J., Hogeman C., Herr M. et al. Vasoconstrictor responses in the upper and lower limbs to increases in transmural pressure // J. Appl. Physiol. 2009. V. 106. № 1. P. 302.Vissing S.F., Secher N.H., Victor R.G. Mechanisms of cutaneous vasoconstriction during upright posture // Acta Physiol. Scand. 1997. V. 159. № 2. P. 131.Okazaki K., Fu Q., Martini E.R. et al. Vasoconstriction during venous congestion: Effects of venoarteriolar response, myogenic reflexes, and hemodyoamics of changing perfusion pressure // Am. J. Physiol.-Regul. Integr. Comp. Physiol. 2005. V. 289. № 5. P. 1354.Tanaka K., Nishimura N., Sato M. et al. Arterial pressure oscillation and muscle sympathetic nerve activity after 20 days of head-down bed rest // Auton. Neurosci. Basic Clin. 2013. V. 177. № 2. P. 266.Wilson T.E., Shibasaki M., Cui J. et al. Effects of 14 days of head-down tilt bed rest on cutaneous vasoconstrictor responses in humans // J. Appl. Physiol. 2003. V. 94. № 6. P. 2113.Delp M.D., Duan C. Myogenic and vasoconstrictor responsiveness of skeletal muscle arterioles is diminished by hindlimb unloading. // J. Appl. Physiol. 1999. V. 86. № 4. P. 1178.Rodionov I.M., Timin E.N., Matchkov V.V. et al. An experimental study and mathematical simulation of adrenergic control of hindlimb vessels in rats after 3-week tail suspension. // Environ. Med. 1999. V. 43. № 1. P. 1.Боровик А.С., Прилуцкий Д.А., Попов Д.В. и др. Аппаратно-программный комплекс для тестирования и тренировки мышц плечевого пояса в массовом спорте и восстановительной медицине // Авиакосм. и эколог. мед. 2015. T. 49. № 5. C. 69. Borovik A.S., Prilutskii D.A., Popov D.V. et al. [Hardware-software complex for testing and training of the muscles of the shoulder girdle in mass sport and regenerative medicine] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2015. V. 49. № 5. P. 69.Rębiś K., Sadowska D., Starczewski M., Klusiewicz A. Usefulness of portable device to establish differences in muscle oxygenation between the Wingate test and graded exercise test: effect of gender on anaerobic and aerobic capacity in speed skaters // Front. Physiol. 2022. V. 13. P. 809864.