Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Гипервентиляционный синдром (ГВС) относят к одному из наиболее частых нарушений регуляции дыхания [1–3]. Эта патология является сложным симптомокомплексом, основными (патогномоничными) проявлениями которого являются гипервентиляция, гипокапния и респираторный алкалоз [3–5]. Этиологические факторы ГВС довольно многочисленны: это патология центральной и вегетативной нервной системы, заболевания органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, экзогенные и эндогенные интоксикации и др. [6–8]. Такой полиморфный состав причин развития ГВС дает основание предположить, что в основе патогенеза гипервентиляции могут лежать однотипные патофизиологические механизмы, ведущие к нарушениям важнейших звеньев регуляции дыхания [9–11]. По мнению ряда известных авторов, описывающих механизмы регуляции дыхания [12, 13], у человека наиболее частым сбоям подвержен так называемый супрапонтинный механизм регуляции дыхания, прежде всего, на уровне корково-подкорковых взаимоотношений. Эти нарушения большинству авторов представляются в виде возникновения патологических условных рефлексов, эффект которых проявляется в виде устойчивой гипервентиляции с последующим развитием газовых сдвигов.

Поскольку изучение вышеуказанных патологических механизмов выходит за рамки чисто клинического анализа разных сторон проявления ГВС, мы сочли необходимым дополнить настоящее исследование моделированием гипервентиляции у здоровых испытуемых с помощью разработанной нами оригинальной методики условного дыхательного рефлекса на дополнительное респираторное сопротивление [11].

Цель исследования. Целью исследования явилось изучение ряда патофизиологических механизмов возникновения условно-рефлекторной гипервентиляции у здоровых лиц с последующим сопоставлением полученных данных с клинико-диагностическими показателями больных ГВС.

Материалы и методы исследования. При проведении работы по условно-рефлекторной методике обследованы 55 практически здоровых мужчин и женщин в возрасте от 18 до 44 лет. Все испытуемые подписывали информированное согласие на участие в исследовании. Условный дыхательный рефлекс формировался по типу короткоотставленного, с периодом изолированного действия 30 сек. В качестве условных сигналов использовались чистые тоны частотой 2000 Гц, интенсивностью 10 дб над порогом слышимости, безусловными раздражителями являлись резистивные четырех градаций: 11 см вод. ст./л/с (I градация), 28 см вод. ст./л/с (II градация), 54 см вод. ст./л/с (III градация), 76 см вод. ст./л/с (IV градация). Дополнительное респираторное сопротивление формировалось с помощью устройства, плавно изменяющего сечение канала вдоха в диапазоне от 1 см до 76 см вод. ст./л/с [11]. На рисунке 1 приведены ключевые характеристики «поток – давление» использованных резистивных дыхательных нагрузок. Условно-рефлекторный эффект считался сформированным, если после включения условного сигнала (УС) возникали стабильные изменения глубины и частоты дыхания, выраженность которых, рассчитываемая как отношение DК/Кисх. (DК – разность между величиной параметра в период изолированного действия УС и исходным значением показателя), принималась >0,4. Условно-рефлекторная гипервентиляция, как правило, появлялась через 4–7 сочетаний УС с безусловным раздражителем.

Рис. 1. Семейство кривых зависимости величин исследованных динамических резистивных нагрузок (по ординате) от объемной скорости постоянного воздушного потока (по абсциссе). Индексы Ro–R76 отражают величины сопротивлений при потоке 1 л/с

Наряду со здоровыми испытуемыми обследованы 179 больных ГВС, который развился у 55 больных бронхиальной астмой, 40 больных хронической обструктивной болезнью легких, 9 больных после перенесенной острой пневмонией, 41 больного кардиологической патологией (ишемической болезнью сердца, артериальной гипертензией), 34 человека с иной патологией (заболеваниями периферической нервной системы, желудочно-кишечного тракта, вегетоневрозами и др.). При обследовании больных с ГВС изучались жалобы, анамнестические данные, клинические симптомы, клиническая лабораторная диагностика. Контрольную группу составили 24 практически здоровых человека.

В качестве показателей внешнего дыхания изучались вентиляторные (дыхательный объем, легочная и альвеолярная вентиляция), моторные (дифференциальное давление вдоха, выдоха) показатели; оценивались показатели газообмена (парциальное давление кислорода и углекислого газа в альвеолярном воздухе и артериальной крови), показатели кровообращения. Для статистической обработки полученных результатов использовался программный пакет SPSS Statistics 17 с определением средних значений (М) и ошибки средней (m) методом вариационной статистики. Показатели исследуемых рядов данных имели нормальное распределение, что позволило использовать параметрические методы статистической обработки. Статистическая значимость различий между группами определялась с помощью критерия t-Стьюдента. Различия считали статистически значимыми при р<0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Феноменология условного дыхательного рефлекса на дополнительное респираторное сопротивление заключалась в увеличении вентиляции в период изолированного действия УС (упреждающая гипервентиляция). В качестве иллюстрации на рисунке 2 приведен фрагмент полиграфической записи испытуемого Л., характеризующий условно-рефлекторные изменения на величине подкрепления 54 см вод. ст./л/с. Период изолированного действия УС составлял 30 сек (кривая № 10 на рис. 2). В этот период отчетливо отмечаются углубление и учащение дыхательного рисунка (пневмографическая кривая № 5 на рис. 2), что сопровождалось возрастанием дыхательных потоков (пневмотахографическая кривая 6 на рис. 2) и увеличением вентиляции (кривая вентиляции 9 на рис. 2). Период изолированного действия УС сопровождался повышением амплитуды и частоты кожно-гальванической реакции испытуемого Л (кривая КГР № 2 на рис. 2) и ростом двигательной активности (этографическая кривая № 4 на рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент диаграммной ленты испытуемого Л.: реализация условного дыхательного рефлекса на величине подкрепления 54 см вод. ст./л/с

Обозначения кривых: 1 – отметка субъективного восприятия нагрузки, 2 – кожно-гальваническая реакция (КГР), 3 – электрокардиограмма (ЭКГ), 4 – этограмма, 5 – пневмограмма, 6 – пневмотахограмма, 7 – подмасочное давление, 8 – величина подкрепления, 9 – литраж выдохнутого воздуха и отметка включения дополнительной регистрирующей аппаратуры, 10 – отметка времени (1 с) и включения УС

Во время действия подкрепляющего фактора (дополнительное респираторное сопротивление 54 см вод. ст./л/c – кривая 8 на рис. 2) дыхательный рисунок существенно изменялся. Пневмографически (кривая № 5 на рис. 2) отмечалось урежение дыхания, пневмотахографически – замедление скорости дыхательных потоков (кривая 6 на рис. 2). Указанные изменения характеризуют так называемый резистивный паттерн дыхания (стенотическое дыхание), для которого характерна перестройка объемно-временных параметров дыхательного цикла. Следует отметить адаптивный характер условно-рефлекторной перестройки дыхания: упреждающая гипервентиляция в период изолированного действия УС облегчает эмоциональное восприятие резистивной нагрузки, о чем свидетельствует появление низкоамплитудных волн КГР после выключения подкрепляющего фактора (кривая КГР № 2 на рис. 2).

Рис. 3. Показатели частоты дыхательных движений (ЧДД, 1/мин) – А; полезного цикла (Ti/Tt, ед) – Б, дыхательного объема (Vt, л), – В, в выборке практически здоровых испытуемых при ступенчатом изменении величины подкрепления в период изолированного действия УС (зеленые столбики) и во время подкрепления (желтые столбики); I –IV – градации резистивной нагрузки от 11 до 76 см вод. ст./л/с

Рассмотрим характер условно-рефлекторной перестройки дыхательного паттерна на разных величинах подкрепляющего фактора. На рисунке 3 приведены объемно-временные показатели дыхательного цикла исследуемой выборки практически здоровых испытуемых во время действия УС и во время предъявления разных градаций безусловного раздражителя (БР). Как следует из данных, представленных на рисунке 3, отмечаются альтернативные изменения ЧДД в период изолированного действия УС и во время подкрепления. Так, если на I градации резистивной нагрузки достоверность различий средних значений частоты дыхательных движений (ЧДД) в период изолированного действия УС и ЧДД во время подкрепления не достигала достоверных значений (р>0,05), то уже на II градации, в период изолированного действия УС испытуемые дышали достоверно чаще, чем во время действия БР (р<0,05). На максимальной IV градации БР эти различия достигают существенных значений (р<0,001). Полезный цикл Ti/Tt в период изолированного действия УС и во время подкрепления по мере увеличения БР возрастал, что свидетельствовало о росте инспираторной фазы дыхательного цикла и уменьшении экспираторной. Различие значений Ti/Tt в период изолированного действия УС и во время подкрепления оставалось недостоверным с I по III градацию БР (р>0,05) и только на IV градации достигало достоверных значений (р<0,05). Изменения дыхательного объема у испытуемых при увеличении БР характеризовались возрастанием Vt (ptdVtI–VtIV<0,05), что подтверждает стенотический характер возникающих изменений дыхательного рисунка [13].

Рис. 4. Показатели общей (V, л/мин) – А; альвеолярной (VА, л/мин) – Б вентиляции и пиковой скорости инспираторного потока (Viпик, л/сек) – В в выборке практически здоровых испытуемых при ступенчатом изменении величины подкрепления в период изолированного действия УС (фиолетовые столбики) и во время подкрепления (желтые столбики)

Оценивая вентиляционные показатели у исследованных добровольцев при осуществлении условного дыхательного рефлекса на дополнительное респираторное сопротивление, следует отметить, что с ростом величины БР во время действия подкрепления существенно уменьшался уровень общей вентиляции V (ptdVI–VIV<0,001), снижались альвеолярная вентиляция V (ptdVI–VIV<0,05) и пиковая скорость инспираторного потока Viпик (ptd Viпик I–Viпик IV<0,05). Эти данные свидетельствуют о том, что во время реализации подкрепляющего фактора нарушается принцип изовентиляторной перестройки, характерный для резистивного дыхания [13]: с увеличением аэродинамического сопротивления наблюдается выраженное снижение как легочной, так и альвеолярной вентиляции, т.е. гиповентиляционный тип реализации резистивной нагрузки. Однако изменения вентиляции во время изолированного действия УС носят альтернативный характер: с ростом подкрепляющего фактора обнаруживается выраженный гипервентиляторный сдвиг. Так, во время изолированного действия УС достоверно повышался уровень общей вентиляции V (ptdVI–VIV<0,05), увеличивалась альвеолярная вентиляция VА (ptdVАI–VАIV<0,05) и существенно повышалась пиковая скорость инспираторного потока Viпик (ptdViпикI–ViпикIV<0,001). Логично предположить, что причиной гиповентиляционных изменений при реализации нагрузки служит предшествующая гипервентиляция, ибо средняя вентиляция за период изолированного действия и во время подкрепления (в сумме) будет определяться изовентиляторной характеристикой [11, 12].

Анализ ряда показателей внешнего дыхания, газообмена и гемодинамики у здоровых испытуемых с условно-рефлекторной гипервентиляцией в период изолированного действия УС (на разные величины резистивных нагрузок) и больных с ГВС разных степеней тяжести [9] показал определенное сходство в динамике состояния представителей этих групп (табл.).

Некоторые показатели внешнего дыхания, газообмена и гемодинамики у здоровых испытуемых с условно-рефлекторной гипервентиляцией в период изолированного действия условного сигнала (на разные величины резистивных нагрузок) и больных ГВС легкой и средней степени тяжести (этиология – бронхиальная астма)

Примечание: PACO2 – парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе, мм рт. ст.; ЧДД – частота дыхания 1/мин; V – дыхательный объем, л; Тi/Тt – инспираторная загрузка (полезный цикл), ед.; МОС – минутный объем сердца, л/мин, ОПСС – периферическое сосудистое сопротивление, КПа/с х л.

* – p<0,05 с контрольной группой; ** – p<0,01 с контрольной группой

Прежде всего, на фоне условно-рефлекторной гипервентиляции как в группе добровольцев, получавших резистивную нагрузку 28 см вод. ст./л/с (р<0,05), так и у испытуемых с предъявлением нагрузки 54 см вод. ст./л/с (р<0,01) возникали достоверные гипокапнические сдвиги, сходные с таковыми у больных с ГВС легкой и средней тяжести (р<0,01). Аналогичная динамика наблюдалась в структуре дыхательного рисунка: отмечено условно-рефлекторное увеличение ЧДД в период изолированного действия УС как на величине резистивной нагрузки 28 см вод. ст./л/с (р<0,05), так и 54 см вод. ст./л/с (р<0,01). При этом учащение дыхания наблюдалось в группах больных с ГВС легкой (р<0,05) и средней тяжести (р<0,01). Увеличение дыхательного объема V в период изолированного действия УС отмечалось как на 28 см вод. ст./л/с (р<0,05), так и на 54 см вод. ст./л/с (р<0,01). Сходные изменения дыхательного объема отмечались у больных с ГВС легкой (р<0,05) и средней тяжести (р<0,01).

Изменения гемодинамики (прежде всего, увеличение минутного объема кровообращения) были достоверными во время условно-рефлекторной гипервентиляции на резистивной нагрузке 54 см вод. ст./л/с (р<0,05) и у больных ГВС легкой (р<0,05) и средней тяжести (р<0,01). Это касалось и общего периферического сопротивления сосудов: условно-рефлекторные изменения на величине 54 см вод. ст./л/с (р<0,05), так же как и в группе больных средней тяжести ГВС, вызывали достоверное увеличение ОПСС (р<0,05) по сравнению с контрольной группой.

В настоящем исследовании показаны общие тенденции изменений, происходящих во внешнем дыхании, газообмене и кровообращении у здоровых людей во время рефлекторной гипервентиляции и у больных с ГВС разной степени тяжести. В литературе рефлекторную гипервентиляцию часто рассматривают как адаптивную реакцию, эволюционно сформированную и обеспечивающую подготовку организма к длительной работе (борьбе, бегству, полету и т.п.) или задержке дыхания [3]. В связи с урбанизацией, ускорением темпов жизни, увеличением стрессорных воздействий в последнее время гипервентиляция стала одним из факторов, сопутствующих современной жизни. Причины ее многочисленны: загрязнение окружающей среды, эмоциональные перегрузки, гиподинамия и многое другое. Мнение многих исследователей о том, что главной причиной появления патологической гипервентиляции в виде ГВС является перерождение нормальной физиологической рефлекторной гипервентиляции в стойкий, неугасимый патологический условный рефлекс гиперпиретической одышки [11, 13, 14], подтверждается результатами настоящей работы. Так, у пяти практически здоровых испытуемых нам не удалось угасить гипервентиляторную условно-рефлекторную реакцию даже после 30 неподкреплений условного сигнала. Это подтверждает классические представления Б. Финка [15] о том, что надбульбарная, в частности корковая, стимуляция дыхательного центра поддерживает высокий уровень вентиляции, даже несмотря на значительное снижение PACO2.Следует согласиться с Б. Финком о том, что именно диссоциация между нейрогенными и гуморальными механизмами регуляции дыхания в виде возникновения длительной циркуляции возбуждения в надстволовых нервных структурах головного мозга, стимулирующей дыхание, является главной причиной развития тяжелых патологических состояний [15]. В этом смысле используемая нами модель условного дыхательного рефлекса на дополнительное респираторное сопротивление может служить новым диагностическим тестом на устойчивость условно-рефлекторной гипервентиляции, т.е. для выявления группы повышенного риска по возникновению ГВС.

Выводы

1. Условно-рефлекторная гипервентиляция влечет изменения внешнего дыхания, газообмена и кровообращения, сходные с изменениями при заболеваниях, сопровождающихся ГВС легкой и средней степени тяжести.

2. Ряд испытуемых демонстрировал условно-рефлекторную гипервентиляцию, устойчивую к угашению, что является одним из важных механизмов развития патологических гипервентиляторных синдромов.

3. Условный дыхательный рефлекс на дополнительное респираторное сопротивление может использоваться в качестве теста на выявление патологически устойчивой рефлекторной гипервентиляции для выявления лиц группы риска по ГВС.