Reciprocal reactions to different amounts of increased breathihg resistance

Cover Page

Abstract


Objective: to study the role of the components of the stress-realizing and stress-limiting body systems at adaptation to different values breathing resistance. Materials and Methods: The study was conducted on healthy individuals (126 men), aged 18 to 38 years old of both sexes. Inspiratory breathing applied resistive load value of 20, 40 and 60%Pmmax. We measured the performance of hemostasis, immunity, oxidative activity, stress hormones. Results: Inspiratory load 40%Pmmax leads to activation of the anticoagulating mechanisms, increase antioxidant activity, stress-limiting effects and immunosuppressive changes; load 60%Pmmax caused opposite effects. Conclusions: The increased breathing resistance 40%Pmmax activates the stress-limiting systems; resistive load 60%Pmmax causes activation reciprocally organized stress-implement systems.

Full Text

Реакция организма на увеличенное сопротивление дыханию (УСД) - это сложный системный феномен, включающий механизмы различных уровней и имеющий собственную функциональную организацию [4]. Адаптация организма к внешней среде происходит с помощью специфических и неспецифических механизмов [3, 6]. Стресс-реакция сложилась в процессе эволюции как необходимое неспецифическое звено более сложного целостного механизма адаптации, в результате которого организм повышает свою резистентность к повреждающему фактору [7]. Целью исследования было выяснение роли компонентов стресс-реализующей и стресс-лимитирующей систем организма при адаптации к действию разных величин УСД. Материалы и методы Исследование проводилось на практически здоровых добровольцах (126 че ловек), в возрасте от 18 до 32 лет обоего пола. В качестве УСД использовались беспороговые инспираторные резистивные дыхательные нагрузки. Величина УСД нормировалась исходя из максимального значения внутриротового давления во время первого нагруженного вдоха при выполнении пробы Мюллера (Рттах). С помощью оригинального устройства [2], внутриротовое давление в течение 3-х минут удерживалось на уровне 20, 40 и 60%Pmmax. Состояние гемостаза оценивалось по следующим параметрам: время рекальцификации плазмы, концентрация фибриногена, растворимого фибрина и продуктов деградации фибрина, гепарина, активности антитромбина-III, активатора плазми-ногена, плазмина. Концентрация а-2 макроглобулина, а-1 антитрипсина по методам, описанных в методических рекомен 19 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. дациях фирмы "Beringer МаппЛеіт" (Германия). На электрокоагулограмме периферической крови измеряли время I, II, III фаз свертывания. Содержание серотонина, адреналина и норадреналина в крови измерялось флюориметрическим методом. Популяционный и субпопуляционный состав лимфоцитов крови оценивали с помощью метода непрямой иммунофлуоресценции с использованием моноклональных антител с CD3+, CD4+, CD8+, CD16+, CD20+, с вычислением иммуноре-гуляторного индекса CD4+/CD8+. Состояние иммунологической резистентности определяли по проценту фагоцитоза, количеству активных фагоцитов, НСТ- и ЛКБ-тестам и по активности комплемента. Концентрацию иммуноглобулинов класса G, A, М в сыворотке крови определяли турбидиметрическим методом. Биохимические показатели измерялись анализатором РР-901 фирмы "Labsystems" (Финляндия) с использованием реактивов фирмы "Beringer Мanncheim" (Германия), а также стандартных наборов реактивов фирмы «Lahema» (Чехия). Венозная кровь для анализа забиралась у испытуемых дважды: до предъявления и сразу после предъявления УСД. Материал обработан с использованием автоматизированного пакета «Stat Graphics Plus for Windows v5». Результаты и их обсуждение На рисунке 1 представлены относительные изменения (в процентах к исходному, донагрузочному уровню) содержания биологически активных аминов, показателей перекисного окисления липидов (ПОЛ) и антиокислительной системы (АОС) в условиях предъявления УСД 40% и 60%Pmmax. Подавляющее большинство исследуемых параметров испытывали ре-ципрокные изменения. УСД величиной 40%Pmmax вызывало уменьшение показателей ПОЛ (снижение гидроперекисей (ГП) - p<0,01, уменьшение концентрации свободных жирных кислот (СЖК) и малонового диальдегида (МДА) - p<0,05), увеличение АОС (рост антиокислительной активности плазмы (АОА) и каталаз (Кат) -p<0,01). Отмечалось выраженное увеличение уровня серотонина (p<0,001) и умеренный подъем уровня адреналина и норад-реналина (p<0,05). После применения УСД величиной 60%Pmmax наблюдались противоположные изменения: отмечался рост показателей ПОЛ (увеличение показателей ГП и СЖК - p<0,01, повышение уровня МДА - p<0,05); уменьшение показателей АОС (снижение АОА и каталаз - p<0,01). Динамика содержания биогенных аминов характеризовалась высоким подъемом уровня адреналина (p<0,001) и значительным уменьшением содержания серотонина (p<0,001). Подобная картина характерна для острой стресс-реакции [11]. Рис. 1. Изменения концентрации биогенных аминов и показателей ПОЛ в условиях применения дополнительных респираторных сопротивлений 40% и 60%Pmmax 20 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. Реципрокные эффекты действия разных величин УСД проявляются в отношении показателей гемостаза (рис. 2). Величина 40%Pmmax стимулирует противо-свертывающую и фибринолитическую системы крови (увеличение времени рекальцификации (ВР), концентрации продуктов деградации фибрина (ПДФ), уровней гепарина (Г), антитромбина-3 (АТ-3), рост суммарной фибринолитической активно сти (СФА), активаторов плазмина (АП) и уменьшение уровня растворимого фибрина (РФ)^<0,01). Абсолютно проти-вопо-ложные изменения вызывала УСД 60%Pmmax: стимуляцию свертывающей и торможение противосвертывающей систем. Проявлялось это снижением ВР p<0,05; уменьшением показателей ПДФ, Г^<0,01; АТ-3, СФА, ÄH-p<0,05 и увеличением уровня РФ^<0,01. Рис. 2. Изменения показателей гемостаза в условиях применения дополнительных респираторных сопротивлений 40% и 60%Pmmax Реципрокный характер носили изменения иммунологического статуса испытуемых после применения используемых величин УСД (рис. 3). Так, резистивная нагрузка 40%Pmmax вызывала выраженный иммунодепрессивный эффект: уменьшалось общее количество лейкоцитов, лимфоцитов CD4+ (p<0,01) с возрастанием количества лимфоцитов CD8+ (супрессоров - p<0,01), значительно снижался иммунорегуляторный индекс CD4+/CD8+ (p<0,001); снижалась гемолитическая активность комплемента (ГАК), уровень лейкоцитарных катионных белков (ЛКБ)-(p<0,05); уменьшались спонтанный НСТ-тест и процент фагоцитоза (p<0,01). Напротив, УСД 60%Pmmax вызывала существенную стимуляцию иммунитета: значительный рост уровня лейкоцитов, CD4+ и CD4+/CD8+ (p<0,01), заметное уменьшение количества CD8+ (p<0,01); увеличение показателей ГАК, ЛБК и % фагоцитоза (p<0,05), значительный рост спонтанного НСТ-теста (p<0,001). Противоположная направленность гормональных, иммунологических, гемо-статических, антиоксидантных механизмов, возникающих после действия разных величин УСД заставляет предполагать о том, что существуют реципрокные механизмы адаптации к факторам среды. Эти механизмы в разное время имели различные названия: анаболизм и катаболизм (К. Бернар), гомеостаз и энантиостаз (В. Кеннон), положительные и отрицательные физиологические реакции (И.П. Павлов), сохранительные и защитные рефлексы (Ю. Конорский), синтоксические и ката-токсические реакции (Г. Селье), стресс-лимитирующие и стресс-реализующие системы (Ф.З. Меерсон). Речь идет о врожденных и приобретенных функциональных системах (ФуС), исполнительные механизмы которых обеспечивают реци-прокные, антагонистически организованные результаты. Данные литературы показывают, что полезные приспособительные результаты первой группы (часто называ 21 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. Рис. 3. Динамика показателей иммунитета в условиях применения дополнительных респираторных сопротивлений 40% и 60%Pmmax емые гомеостатическими) характеризуются стремлением организма к сохранению старых адаптивных программ, гипостени-ческим типом реагирования, пассивным стилем поведения, трофотропными вегетативными реакциями, выбором конформного пути, относительно медленным развертыванием адаптивных механизмов, автоматическим типом и децентрализацией управления, минимизацией физиологических функций [1]. Вторая группа результатов - противоположная по регуляторным, физиологическим и поведенческим проявлениям: гомеокинетическая (гетеро-статическая), с активной сменой психофизиологических адаптивных программ, гиперстеническим типом реагирования, активным стилем поведения, эрготроп-ными вегетативными реакциями, поиском адаптогенных воздействий, максимализацией физиологических эффектов, напряженным типом и централизацией управления [3]. Для достижения полезных приспособительных результатов каждая из антагонистически организованных ФуС формирует «команды», состоящие из структур и механизмов, которые могут выступать надежными маркерами текущего функционального состояния [10]. По литературным данным, к первой (гомеостатической, стресс-лимитирующей) команде относятся: возбуждение парасимпатического отдела вегетативной нервной системы; увеличение содержания ацетилхолина, опиоидных пептидов, показателей ГАМК-эргической системы, вещества Р, вазоактивного интестенального пептида, брадикинина, компонентов системы сома-толиберин-соматотропин-инсулиноподоб-ного фактора роста, инсулина, системы оксида азота, фибриногена, соотношения альбумины/глобулины, кальциотонина, ти-ротропного гормона, предсердного натрий-уретического гормона, липопротеидов высокой плотности, мелатонина, окситоцина, тестостерона, эстрадиола, гамма-интерферона, гликогена в печени, простогландинов Е, простоциклина, калия, магния, цинка, селена, IgM, ИЛ-2, сперматозоидов, эози-нофилов, лимфоцитов, Т-хелперов-1. Ко второй (гетеростатической, стресс-реализующей) команде относят: возбуждение симпатического отдела вегетативной нервной системы, увеличение содержания катехоламинов, АКТГ, кортизола, ангио-тензина-II, эндотелина, глюкагона, амида глюкогоноподобного пептида, показателей свертывающей системы крови, эндогенных прооксидантов, легочного сурфактанта, эритропоэтина, глюкозы крови, липопро-теидов низкой плотности (ЛПНП), общих липидов крови, холестерина крови, продуктов ПОЛ, мочевой кислоты, IgA, IgG, IgE, нейтрофильных лейкоцитов, В-ли-фоцитов, Т-хелперов-2, ИЛ-1, ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10, фактора некроза опухолей (ФНОа), тромбоксана А2, лейкотриенов В2, простогландина F, кальция, натрия, С- 22 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. реактивного белка. Принцип реципрокности в организации деятельности ФуС имеет два аспекта: методологический и гносеологический. Первый аспект указывает на необходимость парной (реципрокной) системной организации адаптации, т.е. наличие одного системного образования предполагает обязательное существование его антагониста (система-антисистема, положитель-ная-отрицательная система). Такой подход направляет исследователя на поиски системных конструктов (структур и механизмов) обеих предполагаемых субсистем, действующих в рамках иерархически более высокой ФуС, что позволяет пара-метрировать полезный приспособительный результат, достигаемый организмом в ходе адаптации. Г носеологический аспект принципа реципрокности состоит в сознательном стремлении исследователя к условному разделению и упрощению картины окружающего мира. Постулат Гиббса гласит: «Одна из основных задач теоретического исследования в любой области знания состоит в установлении такой точки зрения, с которой объект исследований проявляется с наибольшей простотой». К сожалению, попытки многих исследователей ввести алгоритмы, схемы для упрощенного понимания биологических процессов, зачастую натыкались на непонимание и сопротивление. Так было с теорией Эппингера и Гесса (1910) об антагонистическом отношении симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, подвергнутой в свое время резкой критике (в том числе и отечественными учеными [5]) за «упрощение очень сложных физиологических и патологических процессов». К чему привела такая критика, хорошо видно по все большему числу обзоров, где сегодняшняя ситуация с изучением взаимодействия биологически активных веществ (в том числе и вновь открываемых), характеризуется не иначе как «винегрет из медиаторов», «метаболический хаос» и «цитокиновый коктейль». В этой связи мы полностью разделяем мнение ряда исследователей [10, 11] о том, что принцип реципрокности - в гносеологическом плане - есть одна из надежных дорог в «метаболическом хаосе». Выводы 1. Увеличенное сопротивление дыханию 40%Pmmax активирует сохранитель-ные (стресс-лимитирующие) функциональные системы; резистивная нагрузка 60%Pmmax вызывает активацию реци-прокно организованных защитных (стресс-реализующих) функциональных систем. 2. Включение сохранительных функциональных систем сопровождается активацией антиоксидантных и противо-свертывающих систем с явлениями иммуносупрессии. 3. Активация защитных функциональных систем проявляется депрессией антиок-сидантных и противосвертвающих механизмов крови с активацией иммуногенеза. 4. Реципрокность является важным принципом в системной организации адаптивной деятельности.

About the authors

Yu Yu Byalovsky

Email: b_uu@mail.ru

References

  1. Александров В.И. Оценка функционального состояния организма горнорабочих по показателям сердечного ритма // Физиология человека - 1990. - Т. 16, № 2. - С. 125-134.
  2. Бяловский Ю.Ю. Условный дыхательный рефлекс на увеличенное сопротивление дыханию как экспериментальная модель адаптивной деятельности // Российский медикобиологический вестник имени академика И.П. Павлова. - 2012. - № 2. -С. 76-84.
  3. Вейн А.М., Айрапетянц М.Г., Хаспекова Н.Б., Кутерман Э.М., Каменецкая Б.И. Типы реакций ритма сердца на кратковременные нагрузки и их связь с психофизиологическими особенностями личности (формализованный подход) // Физиология человека. -1988. - Т. 14, № 6. - С. 977-984.
  4. Донина Ж.А. Межсистемные взаимоотношения дыхания и кровообращения (обзор) // Физиология человека. - 2011. - Т. 37, № 2. - С. 117-128.
  5. Карлик Л.Н. Патологическая физиология. - М.: Учмедгиз, 1936. - С. 542.
  6. Морозов В.Н., Хадарцев А.А. К современной трактовке механизмов стресса // Вестник новых медицинских технологий. - 2010. - № 1. -C. 15-17.
  7. Пшенникова М.Г. Феномен стресса. Эмоциональный стресс и его роль в патологии // Патол. физиология и эксперим. терапия. - 2000. - № 2. -С. 24-31.
  8. Саркисов Д.С. Об антагонистической регуляции функций как важнейшем механизме поддержания гомеостаза // Клинич. медицина. - 1990. - № 8. -С. 7-12.
  9. Урясьев О.М., Рогачиков А.И. Роль оксида азота в регуляции дыхательной системы // Наука молодых (Eruditio Juvenium). - 2014. - № 2. -С. 133-140.
  10. Чумаков В.И. Как найти дорогу в «метаболическом хаосе»? - Ставрополь: СГМА, 2000. - 130 с.
  11. Selye H. Present status of the stress concept // Clin.Ther. - 1977. - Vol. 1. -P. 3-15.

Statistics

Views

Abstract - 301

PDF (Russian) - 242

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2016 Byalovsky Y.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies