Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Глава 4. ПРИНЦИПЫ, СПОСОБЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЕЗЕРВОВ ОРГАНИЗМА
Вместе с развитием методологических подходов оценки ФРО разрабатывались и конкретные методы их практической реализации.
Одним из ключевых компонентов оценки ФРО является определение состояния функциональных систем организма, которое в рамках существующих методологических подходов проводится с использованием различных нагрузочных тестов. При этом исследуется способность организма достигать определенного уровня функционирования в заданных условиях. В этой связи широкое распространение получил наиболее простой функциональный тест – активная ортостатическая проба, позволяющая оценивать функциональные резервы системы регуляции кровообращения, что в рамках концепции о сердечно-сосудистой системе, как индикаторе адаптационных реакций всего организма можно считать достаточным для формирования представлений о состоянии ФР целого организма.
Центральным вопросом оценки функциональных резервов целого организма и его отдельных физиологических систем, обеспечивающих активную жизнедеятельность человека, нивелирование негативных влияний внешней среды и сохраняющих гомеостаз в заданных природой границах, является выбор адекватных тестовых процедур и способов регистрации наиболее информативных показателей, отражающих резервные возможности конкретной физиологической системы или одновременно нескольких систем.
Обоснование оптимального комплекса функциональных тестов и соответствующих шкал и нормативов их оценки очень необходимы для современной медицины и, в первую очередь, для врачей функциональной диагностики, терапевтов, неврологов, а также специалистов в области спортивной и восстановительной медицины. Это позволит клиницистам использовать современные представления о функциональных резервах, которыми должен обладать человек на разных этапах онтогенеза, в практической деятельности.
На фоне экологических проблем, малоподвижного образа жизни, алиментарных реалий значительной части населения, уровня стрессовой нагрузки в современных обстоятельствах такие функциональные тесты и тестовые комплексы, а также возрастные нормативы функциональных резервов организма должны выполнять роль целевых ориентиров в контроле и управлении процессом охраны и укрепления здоровья.
Адаптационные возможности организма, по мнению Р.М. Баевского и А.П. Берсеневой [21] – главный показатель уровня здоровья, содержащий как оценку текущего функционального состояния, так и прогноз на будущее. Текущее состояние можно оценить по степени адаптации к условиям окружающей среды, а поскольку степень адаптации определяется ответной реакцией организма на воздействие окружающей среды в данный конкретный момент, то в такой оценке содержится и прогностический компонент. Текущее состояние организма – это сиюминутный баланс между организмом и средой, определяющийся запасом функциональных резервов [21]. Их достаточность характеризуется степенью напряжения регуляторных систем организма в данный момент его жизнедеятельности.
Оценка адаптационного потенциала организма связана с проведением функционального тестирования, которое состоит в предъявлении организму определенного набора функциональных нагрузок, сопряженных с мобилизацией функциональных резервов. Для оценки адаптационных возможностей организма и его функциональных резервов используют нагрузочные пробы для разных функциональных систем организма. Наиболее адекватные и информативные нагрузочные пробы для оценки ФРО и его адаптационных возможностей включают ортостатические нагрузки, дыхательные пробы, физические нагрузки и умственные нагрузки [21].
Однако «при функциональном тестировании оценены могут быть лишь мобилизуемые резервы, тогда как немобилизуемая часть резервов оценена быть не может» [79]. К решению этой проблемы существуют различные подходы. ФРО можно оценить по результатам целостной деятельности человека, направленной на достижение конкретной цели. Это может быть, например, работа с максимальной интенсивностью до произвольного отказа. Оценка ФРО может производиться и на основе определения диапазона функций органа, системы органов и целостного организма в различных условиях напряженной деятельности и при воздействии на организм различных факторов [79]. Согласно концепции В.В. Парина и Ф.З. Меерсона резерв органа или системы органов может быть количественно охарактеризован разностью между максимально достижимым уровнем их функционирования и уровнем этих функций в условиях относительного физиологического покоя [99].
На основании концепции о роли сердечно-сосудистой системы как индикатора адаптационных реакций целостного организма [21], был разработан метод анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), широко используемый в физиологии и различных областях медицины.
Анализ вариабельности сердечного ритма является интегральным методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека, позволяющим охарактеризовать общую активность регуляторных механизмов, нейрогуморальную регуляцию сердца, соотношение между парасимпатическим и симпатическим отделами нервной системы. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов является результатом многоконтурной и многоуровневой реакции системы регуляции сердечно-сосудистой системы, изменяющей во времени свои параметры для достижения оптимального приспособительного ответа, отражающего адаптационную реакцию всего организма. Метод основан на распознавании и измерении временных параметров R-R интервалов на электрокардиограмме, построении динамических рядов кардиоинтервалограммы и последующего анализа полученных числовых рядов различными математическими методами [19; 86].
Среди последних можно выделить статистический и временной анализ, анализ коротких участков ритмограммы по Г.В. Рябыкиной с соавторами [114], геометрические методы (в частности, вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому, анализ скаттерограммы, методы триангулярной интерполяции), спектральный анализ волновой структуры ритма, автокорреляционный анализ, нелинейные методы. Важно, что перечисленные методы анализа ВСР относятся только к синусовому ритму, не искаженному различными нарушениями ритма или проводимости. Дело в том, что нерегулярность несинусовых ритмов (предсердные, из АВ-соединения, миграция наджелудочкового водителя ритма, идиовентрикулярный, фибрилляция и трепетание предсердий) имеет другую природу, а встречающаяся очень часто экстрасистолия существенно изменяет ритмограмму как за счет самих преждевременных комплексов, так и влияния на автоматизм синусового узла через посредство барорефлекса.
За последние десятилетия получено много доказательств связи между состоянием вегетативной регуляции ритма сердца и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний [172]. Кроме того, изменениями ВСР сопровождаются различные кардиальные и некардиальные заболевания. Так, в острой фазе инфаркта миокарда снижение суточной SDNN коррелирует с развитием дисфункции левого желудочка, пиковым значением креатинкиназы и классом острой сердечной недостаточности по Killip [155].
У пациентов с хронической сердечной недостаточностью наблюдается устойчивое снижение ВСР [165; 162; 150; 154; 167; 163; 166; 160]. У больных, недавно перенесших пересадку сердца, регистрируется выраженное снижение ВСР без отчетливого выделения спектральных компонентов [158; 153; 170]. У больных сахарным диабетом снижение ВСР может предварять клинические проявления диабетической вегетативной нейропатии [156; 164; 168; 158; 152].
Как отмечалось выше, наличие желудочковых экстрасистол мешает анализу ВСР. С другой стороны, их наличие выявляет другой феномен, связанный с вегетативно опосредованными влияниями на синусовый ритм. Так, было замечено, что после желудочковых экстрасистол наблюдаются кратковременные колебания продолжительности синусового цикла (интервала RR): обычно сразу после экстрасистолы частота синусового ритма несколько увеличивается, а затем уменьшается, возвращаясь к исходным значениям. Этот феномен был описан G. Schmidt с соавторами в 1999 году [171] и получил название турбулентности сердечного ритма (ТСР). Группой G. Schmidt были предложены два количественных показателя: начало турбулентности (turbulenceonset – TO) и наклон турбулентности (turbulenceslope – TS), первый из которых характеризует фазу ускорения синусового ритма, а второй – фазу его замедления.
Физиологическое объяснение феномену ТСР следующее: желудочковая ЭС в силу ряда причин (асинхронизм сокращения левого желудочка, укорочение фазы раннего заполнения желудочков вследствие преждевременности экстрасистолы, отсутствие «предсердной добавки») сопровождается уменьшением ударного объема левого желудочка, что приводит к кратковременному снижению системного артериального давления и через аортальные и каротидные барорецепторы и барорефлекторную дугу – к кратковременному ускорению синусового ритма. Последнее вновь повышает системное артериальное давление, что через тот же барорефлекторный механизм приводит к замедлению синусового ритма.
Таким образом анализ ТСР представляет собой достаточно оригинальный неинвазивный способ оценки чувствительности барорефлекса. Поскольку значение снижения барорефлекторной чувствительности как предиктора повышения риска тяжелых аритмических событий (внезапная смерть, успешная реанимация при фибрилляции желудочков, устойчивая желудочковая тахикардия) у пациентов, перенесших инфаркт миокарда, было доказано ранее [161; 159], было бы логичным ожидать аналогичной значимости нарушения ТСР у лиц с перенесенным инфарктом миокарда, что и было показано [171; 159; 151].
Нами [67; 66] было показано, что ненормальные показатели TO и TS как каждый в отдельности, так и (особенно) в комбинации могут выступать в роли предикторов трансформации высокого нормального артериального давления в артериальную гипертонию в течение ближайших 5 лет. Данный пример также может служить иллюстрацией того, что патологические значения показателей ТСР, по-видимому, свидетельствуют о снижении ФРО в отношении противостояния вазопрессорным механизмам, что в итоге и приводит к трансформации преморбидного состояния – высокого нормального артериального давления– в болезнь – артериальную гипертонию.
На представлениях о том, что основным показателем функционального состояния организма являются показатели сердечной деятельности, определяющие уровень функциональных резервов организма в целом базируется способ оценки ФР организма детей и подростков [139]. Этот способ включает последовательное проведение трех функциональных проб: координаторной, Мартине-Кушелевского, Генчи. На основании полученных данных определяют тип реакции организма на нагрузку, рассчитывают ряд дополнительных показателей – степень напряжения организма к нагрузке, индекс сердечной деятельности, индексы всех трех функциональных проб. По величине отношения суммы индексов по каждой пробе к количеству проб осуществляют оценку уровня функциональных резервов организма.
Одним из способов оценки функциональных резервов организма, основанном на анализе показателей функционального состояния двух важнейших систем жизнеобеспечения – сердечно-сосудистой и дыхательной является способ, основанный на учете разноплановых физиологических показателей. Это позволяет многосторонне и объективно определить состояние функциональных резервов и проводить раннюю доклиническую диагностику патологических состояний [146]. Данный способ включает проведение нагрузочного гипоксического 10-минутного теста с использованием обедненных (до 10–11 %) кислородом нормобарических газовых смесей и фиксации времени реоксигенации с одновременной минутной регистрацией значений ряда физиологических параметров – частоты дыхания, частоты сердечных сокращений, систолического и диастолического артериального давления, насыщение кислородом артериальной крови и расчетом коэффициента функциональных отклонении, по величине которых определяют уровень функциональных резервов организма в градациях: оптимальный уровень ФР – уменьшение ФР – истощение ФР.
Существует способ оценки резервных возможностей организма человека, включающий анализ ВРС, определение показателя активности его регуляторных систем и определение возможного его увеличения, измерение показателей дыхания в покое и максимальную вентиляцию легких [39]. По отношению разности значений максимальной вентиляции легких и минутного объема дыхания в покое к значению максимальной вентиляции легких определяют коэффициент резерва дыхания и показатель резервных возможностей организма человека.
Объективная информация о функциональном состоянии и функциональных резервах организма может быть получена на основе пробы сердечно-дыхательного синхронизма у человека, которая проводится с соблюдением ряда условий. Испытуемому подробно объясняют цель исследования и порядок его выполнения, а также обучают правильному выполнению действий при проведении тестирования. Проведение пробы сердечно-дыхательного синхронизма включает синхронную регистрацию электрокардиограммы, пневмограммы и отметку подачи сигнала, задающего частоту дыхания испытуемого. Основная цель каждого тестирования – установить наличие синхронизации между заданным ритмом дыхания и ритмом сердечных сокращений, то есть состояния при котором каждому дыхательному циклу соответствует одно сокращение сердца. Это устанавливается измерением интервала R-R-электрокардиограммы, интервала между идентичными элементами пневмограммы, а также интервала между отметками момента предъявления испытуемому раздражителя, задающего ритм дыхания с последующим анализом всех фиксируемых параметров. Если все названные интервалы равны между собой, то констатируется факт наличия сердечно-дыхательного синхронизма.
Детальное описание техники проведения пробы и устройств используемых для определения сердечно-дыхательного синхронизма у человека приведено в монографии «Сердечно-дыхательный синхронизм в оценке регуляторно-адаптивных возможностей организма», изданной под редакцией профессора В.М. Покровского. В этой же монографии представлена методология оценки регуляторно-адаптивного статуса организма по выраженности изменений параметров сердечно-дыхательного синхронизма на основе количественного анализа результатов тестирования. Высокая информативность пробы сердечно-дыхательного синхронизма в оценке функционального состояния организма по параметрам регуляторно-адаптивного статуса, а также возможность рассматривать расчетный индекс регуляторно-адаптивного статуса, как показатель количественной интегральной оценки его функциональных резервов, объясняют большой интерес к этому новому направлению в клинической физиологии [108].
Учет функционального состояния двух функциональных систем – сердечно-сосудистой и дыхательной составил основу «Способа определения функциональных резервов регуляции кардиореспираторной системы человека» [20]. Данный способ позволяет оценить функциональные резервы организма на основе определения ФР кардиореспираторной системы человека путем регистрации ритма сердца по ЭКГ и скорости капиллярного кровотока пальца руки, одновременной регистрации скорости воздушного потока при дыхании.
Анализ полученных показателей включает длительность кардиоинтервалов, скорость пульсовой волны, длительность дыхательного цикла. По степени и коэффициентам их взаимной корреляции вычисляют степень синхронизации параметров сердечной деятельности и дыхания и модуль среднего коэффициента взаимной корреляции. Исследование осуществляют в три этапа. На первом – в условиях покоя, на втором – при заданном темпе дыхания, равном 6 дыханиям в минуту, а на третьем – при пробах с максимальной задержкой дыхания на вдохе и выдохе. ФР механизмов регуляции кардиореспираторной системы определяют по реакции на функциональные тесты с различным режимом дыхания.
На основе критерия кардиореспираторной синхронизации предложен способ определения оптимального режима нагрузочного тестирования для оценки функционального статуса и функциональных резервов организма [47].
Известен «Способ оценки функциональных резервов организма человека» [29], позволяющий получать количественную интегральную оценку функциональных резервов человека по данным исследования сердечно-сосудистой и дыхательной систем в покое и при проведении нагрузочной пробы Мартине, результатов психофизиологических тестов, антропометрических измерений, оценки уровня глюкозы и холестерина в крови, данных анкетирования обследуемых. Полученную информацию обрабатывают с использованием комплекса алгоритмов и результаты приводят в 10-бальную четырехуровневую шкалу, по которой интерпретируется количественная оценка функциональных резервов. На основе данного способа разработана диагностическая технология и АПК «Резервы здоровья», включающая программный модуль оценки функциональных резервов [149].
Исследование функционального состояния отдельных органов и систем недостаточно для комплексной оценки функционального состояния целостного организма, его адаптивных возможностей и функциональных резервов. Авторами этого утверждения был предложен способ оценки функционального состояния лиц, работающих в стрессорных условиях [96], позволяющий определять адаптационные возможности организма, степень напряжения и функциональные резервы регуляторных систем. Предложенный способ объединяет в единый комплекс со взаимосогласованными критериями оценки клинико-физиологическое исследование уровня функционирования сердечно-сосудистой системы, степени напряжения регуляторных систем (по анализу ВРС), функциональных резервов регуляторных систем по данным исследования кардиореспираторной системы с использованием функциональной пробы с фиксированным темпом дыхания и задержкой дыхания при одновременной регистрации пневмотахограммы и электрокардиограммы и психофизиологическое тестирование скорости зрительно-моторных реакций при последовательных предъявлениях сигнала. Способ позволяет выявлять ранние признаки напряжения регуляторных систем организма и снижение их функционального резерва.
Оценка функциональных резервов организма по способу, предложенному И.А. Курниковой [78] производится на основании количественных критериев, характеризующих индивидуальные особенности организма – частоты пульса, систолического и диастолического артериального давления и массы тела. Полученные фактические данные, как и «идеальные», специально рассчитываемые величины этих же показателей для расчета показателя адаптационного соответствия, по величине которого оценивают функциональные резервы организма.
Понятие о ФРО как о важнейшей составляющей оценки состояния организма, на первый взгляд аналогично представлениям о функциональных возможностях, но на самом деле, функциональные резервы и функциональные возможности – это не одно и то же. Функциональные возможности – это понятие диагностическое, отражающее результат функциональной пробы, по которому судят о способности или неспособности организма к выполнению заданной нагрузки. Уровень функциональных возможностей, зафиксированный по итогам нагрузочной пробы, определяется реализованным в заданных условиях функциональным резервом, но не свидетельствует о его полном использовании.
Исследование ФРО, составляющих основу физического и психического здоровья человека, проводится с использованием различных функциональных проб. Реакции организма при нагрузочном тестировании определяются состоянием его функциональных систем, механизмов саморегуляции и уровнем нагрузочной толерантности(выносливости), которые во многом зависят отФРО.
При любом тестировании физиологических реакций организма мобилизуется лишь часть функциональных резервов и прямая их оценка невозможна. Поэтому в этих целях используются косвенные методы в виде дозированных и предельных физических нагрузок с регистрацией различных показателей функционального состояния организма (ЧСС, потребление кислорода, секреция биологически активных веществ, биопотенциалы и пр.).
Исследование ФРО при нагрузочных пробах дает возможность выявить его «слабые места» и оценить адаптационные возможности. В клинической физиологии и функциональной диагностике используется множество различных нагрузочных проб с целью определения функциональных возможностей организма или его отдельных систем. При этом исследуется способность организма или какой-либо его системы достигать определенного уровня функционирования при заданных условиях.
Пробы с физической нагрузкой как наиболее физиологичные и информативные, используются чаще других. Наибольшую практическую значимость имеют хорошо обоснованные теоретически, детально изученные и широко применяемые пробы с физической нагрузкой, выполняемые под контролем ЭКГ. Стандартизированные пробы с физической нагрузкой применяются с самыми разнообразными целями как в функциональной диагностике многих заболеваний, так и при решении клинико-физиологических задач и прежде всего для оценки функциональных резервных возможностей организма человека.
Физиологическое обоснование их применения базируется на существующих представлениях о механизмах функционирования различных систем организма. Физическая нагрузка является естественным фактором изменяющим функциональное состояние организма. Регистрация и измерение отдельных параметров этого изменения позволяет оценить состояние физиологических регуляторно-адаптивных возможностей организма, а также выявить степень функциональной неполноценности его отдельных органов и систем.
Для выявления диапазона ФРО обычно применяют кратковременные, интенсивные, строго дозированные физические и умственные нагрузки. Основная проблема при выполнении нагрузочных проб – неточности при дозировании нагрузки. Это, в первую очередь, относится к тестам, где в качестве нагрузок используется бег на месте или приседания. В этой связи нагрузки, применяемые в двигательных пробах, должны быть такими, чтобы можно было в дальнейшем их точно повторить. Должна существовать возможность дозировать интенсивность нагрузки в необходимых пределах, а сама нагрузочная проба должна быть
достаточно простой, не требующей особых двигательных навыков или высокой координации движений [25]. Наиболее целесообразно использование нагрузочных тестов, при выполнении которых учет регистрируемых показателей возможен во время выполнения физической нагрузки.
В рамках данной монографии не представляется возможным дать детальное описание методик проведения функциональных нагрузочных тестов. Этому посвящен целый ряд многостраничных монографий, руководств и иных изданий в которых представлено множество различных функциональных проб, дается их физиологическое обоснование, представлено клинико-диагностическое значение, описаны методики их выполнения, применяемые методы контроля, интерпретация результатов, обеспечение безопасности выполнения исследований. Некоторые из этих литературных источников приведены в перечне списка литературы [48; 87; 18; 7; 8; 23; 38; 54; 56; 50; 94; 135].
В этой связи мы ограничились изложением принципов основных функциональных исследований с использованием нагрузочных тестов, а также их возможностей в оценке функциональных резервов организма.
Физиологической основой нагрузочных проб является повышение общего потребления кислорода в результате увеличения легочной вентиляции и минутного объема кровообращения. Рост потребления кислорода тканями обеспечивает усиление окислительно-восстановительных процессов и клеточного метаболизма, повышение энергозатрат организма. Возможность увеличения потребления кислорода определяется функционированием дыхательной системы, состоянием системы транспорта кислорода и способностью его использования тканями. Повышение легочной вентиляции и диффузии обеспечивает увеличение потребления кислорода системой внешнего дыхания, а транспорт кислорода определяется функционированием сердечно-сосудистой системы и кислородной емкостью крови. Увеличение минутного объема кровообращения при физической нагрузке обеспечивается, в основном, за счет возрастания ЧСС, которая находится в линейной зависимости от мощности нагрузки и прямо пропорциональна потреблению кислорода.
Кровообращение и дыхание функционально так тесно связаны между собой, что при попытке представить раздельно функциональную способность сердца и легких и понять их регуляторные механизмы, возникают большие трудности. Изменение функционального состояния одной из этих систем вызывают, как правило, более или менее выраженные изменения другой. В этой связи значительная часть проб с нагрузкой является функциональным исследованием как сердечно-сосудистой, так и дыхательной систем.
Функциональные нагрузочные пробы целесообразно проводить у лиц групп риска периодически раз в год. При повторном проведении нагрузочных проб необходимо учитывать индивидуальные особенности состояния испытуемого, а сами исследования должны выполняться по единой методике и в одинаковых условиях. Несоблюдение этих правил может существенно затруднить объективную оценку выявленных изменений.
Перед началом исследования собирают анамнез жизни, уточняют характер двигательной активности, сроков и особенностей перенесенных заболеваний; проводят антропометрию, измеряют АД и ЧСС. Выполняют физикальное обследование для исключения противопоказаний к нагрузочной пробе, а также выявления таких клинических признаков как сердечные шумы, хрипы и свистящие звуки в легких, аритмии. За 12–24 часа до исследования рекомендуют избегать больших физических нагрузок и физического переутомления. Если показания к проведению нагрузочной пробы не совсем ясны и вызывают сомнения, необходимо уточнить целесообразность проведения исследования с лечащим врачом. Окружающая обстановка при проведении теста должна быть спокойной, отношение персонала – доброжелательное, обследуемый должен быть уверен в безопасности исследования.
Исследование проводится в отдельном помещении при отсутствии шума, яркого света и специфического запаха. Не допускаются разговоры с обследуемым, помимо необходимых в процессе выполнения тестов. Перед началом каждого исследования должен быть задан вопрос о наличии жалоб на самочувствие или их отсутствие. Наличие жалоб, требующих немедленного осмотра клинициста, является противопоказанием к проведению исследования.
Рекомендуется выполнять функциональные нагрузочные пробы через 1,5–2 часа после легкого завтрака при температуре в помещении 18–22 °С. Накануне исследования исключается употребление испытуемым алкоголя, крепкого кофе и чая, а за час до проведения пробы запрещается курение. Нагрузочные пробы при диагностическом исследовании у лиц с подозрением на ишемическую болезнь сердца проводят на «чистом» фоне, то есть в условиях, исключающих влияние на результаты пробы лекарственных препаратов и других факторов. У обследуемых за 6–8 часов до проведения нагрузочного теста отменяют нитраты, за 5–7 суток – гликозиды, за 2 суток – диуретики, бета-адреноблокаторы, гипотензивные средства.
Определение толерантности к физической нагрузке у больных с ишемической болезнью сердца проводят на фоне медикаментозной терапии (бета-блокаторы). При этом, предельно допустимая частота
сокращений – не более 110 ударов в минуту, а систолическое артериальное давление – не выше 190 мм рт. ст. Тщательный мониторинг артериального давления, частоты сердечных сокращений, электрокардиографических показателей необходим во время исследования на каждой ступени физической нагрузки и после завершения пробы. Особенно важно четко следовать критериям прекращения пробы.
Выполнение функциональных исследований, включающих нагрузочные пробы, должно проводиться врачом, владеющим методикой электрокардиографии и прошедшим специальную подготовку по неотложной кардиологии. При выполнении нагрузочных проб необходимо присутствие медсестры, а в помещении, где проводится исследование, должны быть электрокардиограф, дефибриллятор, портативный респиратор для ИВЛ, стерильные шприцы с иглами и фармпрепараты для оказания неотложной помощи в случае проявления неблагоприятных клинических, гемодинамических, электрокардиографических признаков, указывающих на возможное
развитие осложнений.
Обязательным условием всех нагрузочных тестов является точность выполнения и добровольное участие в нем обследуемого, от «доброй воли» и честного сотрудничества которого в значительной мере зависит успех большинства функциональных проб. Хороший контакт обследуемого и врача очень важен для качественного выполнения исследований с использованием нагрузочных тестов. Желательно получить информированное согласие обследуемого на проведение исследования.
Основные задачи проведения функциональных нагрузочных проб
1. Оценка функциональных резервов и адаптационного потенциала обследуемого.
2. Получение диагностической и прогностически-значимой информации.
3. Выявление возможных неадекватных реакций при различных внешних воздействиях.
4. Выбор оптимальных персонализированных физических нагрузок и адекватной медикаментозной тактики.
Требования, предъявляемые к функциональным нагрузочным тестам
1. Нагрузочная проба, применяемая в целях оценки ФРО, должна вызывать устойчивые изменения функционирования исследуемой системы, т.е. быть специфичной и адекватной возможностям этой функциональной системы.
2. Проба должна быть эквивалентной нагрузкам в жизненных условиях.
3. Проба должна быть воспроизводимой, точно дозируемой и стандартизированной.
4. Проба должна быть надежной и объективной, то есть результаты исследования одного и того же испытуемого, проведенные через интервал времени, в течение которого полностью нивелируются последствия ранее выполненного теста, должны быть соизмеримыми. При повторном проведении нагрузочных проб следует применять одинаковые условия для проведения проб, что обеспечивает сравнимость полученных результатов.
5. Проба должна быть безвредной и безопасной для здоровья испытуемого.
6. Проба должна быть информативной (валидной), т.е. обладать должной степенью точности, с которой измеряются результаты тестирования. Наиболее информативны тесты, для которых имеется количественная шкала оценки или нормативов, то есть так называемых должных величин.
7. Всемирная организация здравоохранения рекомендует придерживаться ряда требований, предъявляемых к нагрузочным тестам:
– результаты тестирования должны подлежать количественному измерению;
– пробы не должны содержать сложнокоординированных движений;
– в ходе выполнения теста в работу должно вовлекаться не менее 2/3 мышечной массы и обеспечиваться заданная интенсивность работы физиологических систем;
– в ходе выполнения теста должна быть обеспечена возможность регистрации исследуемых физиологических параметров.
Типы нагрузочных проб
1. С динамической физической нагрузкой – велоэргометрия, тредмил-тест.
2. С изометрической нагрузкой – удерживание тяжести, поддержание тела в любой фиксированной позе, кистевой жим. Эти тесты нередко вызывают большее изменение АД и ЧСС, чем нагрузочный тест на тредмиле или велоэргометре, поскольку изометрическое напряжение мышц ведет к неадекватному повышению АД и ЧСС.
3. Психоэмоциональные. Заключаются в выполнении логической, математической или механической задачи при неблагоприятных внешних условиях (ограниченное время, повышенный шум, некомфортная температура и освещенность в помещении, где проводится тестирование и др.).
4. Фармакологические. Проводятся, в основном, с фармпрепаратами, вызывающими гемодинамические реакции. Выбор препарата для проведения пробы определяется целями и задачами исследования.
5. С изменение положения тела в пространстве и при ускорении (используются чаще в авиакосмической медицине с целью отбора и контроля подготовки летчиков и космонавтов).
6. Метаболические нагрузочные тесты – проба с жировой нагрузкой и глюкозотолерантный тест.
7. Чреспищеводная кардиостимуляция (применяется для оценки функции синусового узла, АВ-соединения или провокации ишемии миокарда).
Во время нагрузочных тестов измеряют гемодинамические (ЧСС, АД) и вентиляционные показатели (потребление кислорода, выделение углекислого газа, частота дыхания, минутная вентиляция легких и ряд других). Регистрация показателей может проводиться в автоматическом режиме (АД, ЭКГ), а их оценка и анализ – с использованием компьютеризированных устройств и пакетов специальных программ. Учет потребления кислорода и выделения углекислоты позволяет рассчитывать энергозатраты и аэробную способность.
Виды физических нагрузок, применяемые
при проведении функциональных проб:
1. Непрерывная нагрузка равномерной интенсивности.
2. Ступенеобразно-повышающаяся нагрузка с интервалами отдыха после каждой ступени.
3. Непрерывная работа равномерно повышающейся мощности.
4. Непрерывная ступенеобразно-повышающаяся нагрузка без интервалов отдыха.
Интенсивность физических нагрузок при проведении функциональных тестов:
– малые нагрузки;
– средние нагрузки;
– большие нагрузки;
– субмаксимальные (75 % от максимальной);
– максимальные.
Пробы с физической нагрузкой подразделяются на тесты, оцениваемые по восстановительному периоду, когда определяется время возврата к исходным показателям ЧСС, АД, частоты дыхания и тесты на усилие (велоэргометрия, тредмил), при которых указанные параметры регистрируются в процессе физической нагрузки с последующей их оценкой в восстановительном периоде. Способность к восстановлению при физической нагрузке является свойством организма, существенно определяющим его резервы. Поэтому характер восстановления различных функций после физических нагрузок – один из критериев уровня ФРО.
Ограничения для проведения проб с физической нагрузкой
Ограничениями для выполнения проб с дозированной физической нагрузкой на велоэргометре или тредмиле являются: тяжелые системные заболевания, недавно перенесенные хирургические операции, выраженное ожирение, пожилой возраст, травмы или дефекты нижних конечностей, заболевания суставов, плохое физическое развитие, недостаточная мотивация обследуемого к выполнению пробы, неспособность к полноценному контакту с лицом, проводящим исследование (и, в том числе, из-за психических нарушений у испытуемого).
Абсолютные и относительные противопоказания к нагрузочной пробе определяются в зависимости от особенностей состояния здоровья конкретного обследуемого. В ситуациях, когда имеются относительные противопоказания, целесообразно проводить субмаксимальную нагрузочную пробу, поскольку она более безопасна и достаточно информативна. Врач, проводящий исследование с использованием нагрузочной пробы, должен ясно понимать степень риска, значимость и необходимость его выполнения.
Пробы с динамической нагрузкой на велоэргометре, тредмиле и при электрокардиостимуляции прекращают при достижении общепринятых критериев Комитета экспертов Всемирной организации здравоохранения (2).
Примеры наиболее применяемых функциональных нагрузочных проб
Велоэргометрия, как и другие пробы с физическими нагрузками, проводится для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы, проведения контроля за эффективностью лечебных и реабилитационных мероприятий. Велоэргометрия применяется также для оценки функциональных резервов организма по критерию толерантности к физической нагрузке в ходе определения уровня физической работоспособности. Велоэргометрическая проба позволяет выявлять скрытую неполноценность компенсаторных и адаптационных резервов системы кровообращения и проводить доклиническую диагностику тенденций к развитию дизрегуляционных нарушений гемодинамики.
Уровень нагрузки при выполнении велоэргометрической пробы определяется скоростью, временем, а также регулируемой силой сопротивления вращению педалей.
Перед началом выполнения пробы необходимо зарегистрировать стандартную ЭКГ в 12 отведениях в горизонтальном положении обследуемого, а также в положении сидя на велоэргометре для выявления позиционных изменений ЭКГ. Для повышения качества электрокардиографического сигнала и уменьшения шумов необходимо правильно подготовить кожу в местах наложения электродов и использовать специальный гель. Для регистрации высококачественной ЭКГ при проведении исследования с нагрузочной пробой используются микропроцессорные устройства с компьютерным анализом данных [50]. Перед проведением нагрузочной пробы необходимо провести пробу с гипервентиляцией для исключения ложноположительных изменений ЭКГ на пике нагрузки. Для выявления нарушений тонуса сосудов необходимо измерить АД в положении стоя и сидя. Обследуемого необходимо проинформировать о цели и порядке проведения пробы и объяснить ему степень риска и возможные осложнения исследования.
В ходе выполнения пробы мощность сопротивления ступенчато увеличивают, а скорость вращения педалей обычно задается постоянная. Тест может включать выполнение непрерывной работы с этапным повышением мощности нагрузки, но используется и прерывистая проба, когда между фрагментами со ступенчато изменяющейся нагрузкой устанавливается период непродолжительного отдыха. В ходе выполнения велоэргометрической пробы ведется регистрация артериального давления и электрокардиограммы. Регистрацию ЭКГ осуществляют в конце каждой ступени нагрузки, не прекращая педалирования. Измерение АД проводят каждую минуту и в конце каждой ступени нагрузки.
Уровень физической работоспособности обычно подразделяется на высокий, средний и низкий и определяется с использованием специальных таблиц. Толерантность к физическим нагрузкам может определяться гено- и фенотипическими факторами и в том, числе, тренированностью испытуемого, а также может значительно варьировать у одного и того же человека при изменениях функционального состояния организма и, в первую очередь, при снижении его функциональных резервов.
Оптимальный протокол для велоэргометрической пробы включает 9–12 минут непрерывной нагрузки с постоянной частотой педалирования и определяется индивидуально. При протоколе с очень интенсивной нагрузкой достоверно оценить реакцию на физическую нагрузку не всегда возможно в связи с ранним прекращением пробы, а при протоколе со слишком легкой нагрузкой продолжительность исследования увеличивается, что затрудняет интерпретацию результатов пробы поскольку в этой ситуации оценивается физическая выносливость, а не максимальное потребление кислорода и аэробная способность [50].
Д.Н. Давиденко и соавторы [10; 46] разработали метод оценки функциональных резервов при использовании велоэргометрической нагрузочной пробы по замкнутому циклу (с реверсом). Эта методика позволяет оценить такие компоненты системной реакции организма, как
напряженность функций во время нагрузочной пробы, регуляторные и энергетические компоненты, а также общую физическую работоспособность. В ходе выполнения пробы мощность нагрузки сначала увеличивается от нуля до запланированной величины (до ЧСС – 150–155 уд/мин)
с заданной скоростью 33 Вт/мин, а затем с этой же скоростью уменьшается до нулевого значения, то есть, мощность нагрузки изменяется по замкнутому циклу. При этом отслеживается зависимость частоты сердечных сокращений от мощности нагрузки, которая регистрируется с использованием компьютерной программы. Данный метод позволяет получить около 30 показателей, характеризующих функциональные возможности обследуемого, которые объединяют в несколько групп: показатели общей физической работоспособности, показатели динамики ЧСС, показатели регуляции сердечной деятельности, показатели энергетического уровня организма в разные фазы тестирования.
Велоэргометрия, в основном, используется как отдельный нагрузочный тест, но также является нагрузочным компонентом ряда других функциональных проб и, в частности, при определении физической работоспособности по тесту PWC170, определении максимального потребления кислорода (МПК), в тесте Новака, тесте толерантности к физической нагрузке и ряде других.
Ортостатическая проба основана на динамике показателей сердечно-сосудистой системы при изменении положения тела. Ортостатические изменения возникают из-за перераспределения в организме под действием силы тяжести крови, которая скапливается в венах нижних конечностей, вследствие чего снижается венозный возврат к сердцу и, соответственно, сердечный выброс. При этом, центральный объем крови снижается почти на 20 %, а минутный объем – на 1,2–2,7 литра в минуту, вследствие чего снижается артериальное давление, что является мощным раздражителем механорецепторов барорефлексогенных зон. Компенсаторные реакции организма в этих обстоятельствах заключаются в повышении частоты сердечных сокращений и повышении тонуса артериальных сосудов, за счет чего артериальное давление сохраняется на прежнем уровне.
Поддержание артериального давления обеспечивается механизмами барорефлекторной регуляции. В течение первых 15 сердечных сокращений происходит увеличение частоты сердечных сокращений, обусловленное понижением парасимпатических влияний, а примерно после
30-го сокращения сердца вагусный тонус восстанавливается и становится максимальным, что регистрируется в форме относительной брадикардии. Через полторы-две минуты после перехода в вертикальное положение у испытуемых происходит выброс катехоламинов, повышается тонус симпатического отдела автономной нервной системы, что и обуславливает повышение частоты сердечных сокращений, а вслед за этим включается ренин-ангиотензин-альдостероновый механизм. При нарушении регуляторных механизмов могут развиваться гиперсимпатикотоническая реакция, состоящая в резком повышении артериального давления и частоты сердечных сокращений, либо гипосимпатикотоническая реакция, характеризующаяся снижением давления и урежением пульса.
Ортостатическая проба может выполняться в двух вариантах с использованием двух видов нагрузки. В ходе активной ортостатической пробы обследуемый самостоятельно переходит из горизонтального положения в вертикальное. При этом, существенное влияние оказывает сокращение скелетной мускулатуры. Исключение влияния мышечных сокращений возможно при проведении пассивной ортостатической пробы, в ходе которой изменение положения тела происходит за счет использования специального стола, на котором размещается испытуемый. При пассивной пробе есть возможность подсоединить к испытуемому датчики для регистрации ЭКГ и плетизмографии.
Ортостатическая проба позволяет оценить функциональное состояние симпатического отдела автономной нервной системы. У испытуемого после 5-ти минутного пребывания в горизонтальном положении подсчитывают пульс по 10-секундным интервалам и измеряют артериальное давление. Затем испытуемый встает, и в положении стоя у него вновь считают пульс за 10 секунд и измеряют АД. Увеличение ЧСС на 20–25 % от исходного рассматривается как показатель нормальной возбудимости симпатического отдела, а более высокие цифры увеличения ЧСС принято считать свидетельством повышенной возбудимости симпатического отдела автономной нервной системы.
Изменения АД в норме при вставании исследуемого после нахождения в горизонтальном положении, незначительны. Систолическое давление изменяется на ± 10 мм рт. ст., а диастолическое – на ± 5 мм рт. ст. Проведение ортостатической пробы при кардиоритмографических исследованиях позволяет оценить реактивность симпатического и парасимпатического отделов ЦНС и может служить характеристикой функционального резерва сердечно-сосудистой системы.
Клиностатическая проба используется для оценки функционального состояния парасимпатического отдела автономной нервной системы. У испытуемого после 5-минутного нахождения в положении стоя подсчитывается пульс и измеряется АД. Затем испытуемый медленно принимает горизонтальное положение, после чего вновь регистрируется пульс и АД. После 3-минутного пребывания в состоянии покоя
проводят еще одно измерение ЧСС. Снижение ЧСС при переходе в горизонтальное положение на 8–14 ударов в минуту рассматривается как свидетельство нормального функционального состояния парасимпатического отдела. Большее снижение ЧСС свидетельствует о повышенной реактивности парасимпатического отдела автономной нервной системы, меньшее – о снижении реактивности.
Определение функциональных резервов ЦНС
по тесту зрительно-моторной реакции (по Т.Д. Лоскутовой [80])
Тест основан на анализе временных показателей простой сенсомоторной реакции. Тест позволяет количественно охарактеризовать функциональные резервы ЦНС по ее основным функциональным характеристикам. Измерение времени ответных двигательных реакций – одна из наиболее распространенных методик изучения динамики нервных процессов, широко используемая в физиологии высшей нервной деятельности человека. Считается, что скорость реакции во многом определяется способностью мозга обрабатывать информацию и, соответственно, формировать ответные команды организма. Под временем двигательной реакции понимается время от начала действия «пускового» сигнала при требовании реагировать «как можно быстрее» до моторного ответа на этот сигнал. Время двигательной реакции определяется индивидуально-типологическими особенностями нервной системы испытуемых и ее функциональным состоянием, а также зависит от характеристик раздражителя.
Распределение последовательных значений времени зрительно-моторной реакции варьирует в соответствии с изменение функционального состояния ЦНС, позволяя определить три количественных критерия, характеризующих функциональное состояние ЦНС: функциональный уровень системы, устойчивость реакции и уровень функциональных возможностей. Данный тест важен для оценки здоровья человека и функциональных резервов его организма. Модифицированная компьютеризированная версия теста, используемая в программно – аппаратном комплексе «Интегральный показатель здоровья» позволяет рассчитывать результирующий показатель – функциональные резервы ЦНС, который выражается в процентах от максимально возможного уровня.
Тест с регламентированным глубоким дыханием
Наиболее известна методика Wheeler and Watkins в модификации Hilsted and Jensen. Испытуемый лежит спокойно и дышит глубоко и регулярно с частотой 6 раз в минуту (5 сек – вдоха и 5 сек – выдох). На протяжении всей пробы регистрируется ЭКГ. Проба используется
для оценки реактивности парасимпатического отдела автономной нервной системы по разнице между максимальной и минимальной ЧСС во время дыхательного цикла и экспираторно-инспираторному отношению или дыхательному коэффициенту. Тест позволяет определять способность системы кровообращения адекватно отвечать на изменение характера дыхания.
В завершение данной главы монографии приведены краткие сведения об используемых в функциональной диагностике, восстановительной и спортивной медицине функциональных нагрузочных пробах без детализации методик их проведения.
Пробы для определения физической работоспособности
Позволяют оценить резервные возможности организма выдерживать большую, чем обычно, нагрузку, что является наиболее важной эволюционно-выработанной характеристикой, обеспечивающей его адаптивные возможности. Физическая работоспособность является интегральным показателем функционального состояния организма, определяемым уровнем функционирования основных систем жизнеобеспечения и, в первую очередь, кардиореспираторной системы.
Определение физической работоспособности производится с использованием прямых и косвенных методов. При прямых методах испытуемый достигает максимума потребления кислорода. При выполнении таких тестов высок удельный вес субъективного компонента в определении признаков максимизации аэробного обмена организма. Трудоемкость исследований, изнуряющий характер физических нагрузок, необходимость использования сложной регистрирующей аппаратуры, риск нежелательных последствий для испытуемых ограничивают применение прямых методов определения физической работоспособности. В связи с этим в настоящее время для оценки физической работоспособности широко используются косвенные методы (Гарвардский степ-тест, степ-эргометрия, проба PWC170, непрямое определение максимального потребления кислорода).
1. Гарвардский степ-тест.
Физическая нагрузка осуществляется восхождением на ступеньку в течение 5 минут с частотой 30 раз в минуту. Каждое восхождение и спуск складываются из четырех двигательных компонентов.
1 – испытуемый встает на ступеньку одной ногой.
2 – испытуемый встает на ступеньку двумя ногами.
3 – испытуемый ставит на пол ногу, с которой начал восхождение.
4 – испытуемый опускает на пол другую ногу.
Регистрируется ЧСС до и после тестирования начиная со второй минуты восстановительного периода 3 раза по 30-секундным интервалам времени. Проба физиологична, легко воспроизводима, позволяет исследовать характеристики восстановительных процессов по динамике ЧСС после прекращения дозированной мышечной работы.
Дозирование физической нагрузки в Гарвардском степ-тесте является в определенной степени условным, что не позволяет точно определить мощность выполняемой работы. Результаты тестирования выражают в условных единицах в виде индекса Гарвардского степ-теста (ИГСТ). При определении ИГСТ не учитывается ЧСС за первую минуту восстановмтельного периода. Выполнение Гарвардского степ-теста спряжено с довольно существенной физической нагрузкой. ЧСС на пятой минуте пробы в среднем достигает 175 ударов в минуту, а полное восстановление исходной ЧСС наступает примерно через 20 минут. Основным недостатком Гарвардского степ-теста является низкая точность при дозоровании нагрузки и преимущественно качественный анализ показателей физической работоспособности по результатам тестирования, выраженных в ИГСТ.
2. Степ-эргометрия
Степ-эргометрия является достаточно точным способом дозирования физических нагрузок. Применяют одно-, дву-, трех- и многоступенчатые тесты. Существуют степ-эргометры с регулируемой высотой ступенек. Изменеием высоты ступенек или темпа восхождения регулируется мощность выполняемой работы. Темп задается метрономом или световым сигналом. При темпе менее 60 шагов в минуту восхождение становится слишком медленным, а при скорости более 180 шагов в минуту становится небезопасным само проведение пробы из-за угрозы падения обследуемого. Мощность, затрачиваемая при подъеме на ступеньку, рассчитывается по формуле:
W = 0,22P∙h∙n,
где W – мощность, Вт; Р – масса тела испытуемого, кг; h – высота ступеньки, м; n – число подъемов в минуту. Методом степ-эргометрии возможно определение величины HWC170.
3. Субмаксимальный тест PWC170 (PWC – physical working capacity –физиическая работоспособность).
Как следует из названия, данный тест используется для определения физической работоспособности. Применяют в двух вариантах предъявления физической нагрузки – на велоэргометре или при восхождении на ступеньку в течение определенного времени в двух разных по мощности нагрузках. Результат рассчитывается по формуле В.Л. Карпмана и соавторов [64]. Физическая работоспособность выражается величиной той мощности нагрузки, при которой ЧСС достигает или могла бы достигнуть показателя 170 уд/мин. Такая частота сердечных сокращений выбрана в связи с тем, что в диапазоне от 110 до 170 уд/мин она имеет линейную зависимость от мощности предъявляемой нагрузки у большинства здоровых людей, что позволяет проводить экстраполяцию при расчете PWC170 по двум относительно умеренным нагрузкам.
Следовательно с помощью этой пробы можно установить ту интенсивность физической нагрузки, которая соответствует области оптимального функционирования кардиореспираторной системы. Важно и то, что на этом уровне ЧСС имеет место оптимальная интенсификация кислородтранспортной системы, резервные возможности которой исследуются в данном тесте. Нагрузки, используемые в пробе PWC170, существенно меньше предельных и поэтому их выполнение не представляет больших трудностей. Определение физической работоспособности с использованием данного теста позволяет получать информацию как о ФРО организма испытуемого, так и о его физической подготовленности.
4. Определение величины максимального потребления кислорода (МПК).
Определение величины потребления кислорода позволяет охарактеризовать физическую (или, точнее, так называемую аэробную) работоспособность человека. Потребление кислорода при нагрузке точно характеризует возможности организма и сердечно-сосудистой системы, в частности. При мышечной работе потребление кислорода увеличивается пропорционально мощности физической нагрузки. Однако, такая зависимость имеет место лишь до определенного уровня мощности. При индивидуально предельных ее значениях резервные возможности кардиореспираторной системы оказываются полностью использованными и дальнейшее увеличение мощности физической нагрузки не сопровождается ростом потребления кислорода.
Нагрузка при выполнении теста обычно задается посредством велоэргометрии. При этом потребление кислорода быстро повышается и стабилизируется после второй минуты каждого этапа нагрузки, до достижения дыхательного порога. Максимальное потребление кислорода (МПК) – это наибольшее количества кислорода, которое организм испытуемого в состоянии потребить во время выполнения динамической нагрузки с вовлечением значительной части мышц. Потребление кислорода во время нагрузки выражается в метаболических эквивалентах как отношение к потребности в состоянии покоя [50]. Один метаболический эквивалент соответствует потреблению 3,5 мл кислорода на килограмм массы тела в минуту в состоянии покоя.
Индивидуальная величина МПК отражает функциональное состояние системы транспорта и утилизации кислорода и поэтому используется для решения таких медицинских задач, как уточнение диагноза, прогноза состояния, оценки толерантности к нагрузке, ФРО и эффективности лечебно-профилактических мероприятий. Показатель МПК зависит от пола, возраста, наследственности, физической тренированности. Всемирная организация здравоохранения рекомендует определение МПК, как одного из наиболее надежных способов оценки работоспособности человека. Тест интегрально характеризует резервы систем внешнего дыхания, кровообращения, тканевого метаболизма кислорода и организма в целом.
Пробы для оценки реакции сердечно-сосудистой системы
на физическую нагрузку
1. Проба Мартинэ-Кушелевского.
Испытуемый выполняет 20 приседаний за 30 секунд. Регистрируется ЧСС и артериальное давление в течение 3-х минут троекратно после завершения пробы. Применяют при массовых профилактических медосмотрах и при этапном врачебном контроле спортсменов массовых разрядов.
2. Проба Котова-Дешина.
Физическая нагрузка состоит в беге на месте в темпе 180 шагов в минуту в течение 3 минут с высоким подъемом коленей и активными движениями руками. Осуществляется регистрация ЧСС и АД как при пробе Мартинэ.
3. Проба Руфье (или Руфье-Диксона).
Выполняются 30 приседаний в течение 45 секунд. Регистрируется частота пульса.
4. Проба с 15-ти секундным бегом на месте в максимально возможном темпе. Осуществляется регистрация ЧСС и АД ежеминутно троекратно после завершения тестирования.
5. Проба по Квергу.
В течение 5 минут без отдыха испытуемый выполняет 4 нагрузки: 30 приседаний за 30 секунд, затем 30-секундный бег в максимально возможном быстром темпе, далее 3-минутный бег в темпе 180 шагов/мин и, наконец, подскоки на скакалке в течение 1 минуты, после чего регистрируется частота пульса в первую, третью и пятую минуты восстановления.
6. Холодовая проба.
Испытуемый погружает предплечье в ванну с водой температурой от +4 до +1 °С. Существуют варианты теста в форме погружения кисти или стопы в ванну с водой от +3 до +15 °. Время экспозиции варьирует от нескольких минут до получаса. Охлаждение и массивное раздражение терморецепторов в процессе выполнения пробы вызывает активацию симпатического отдела автономной нервной системы, что приводит к вазоконстрикции артерий, артериол, артериоло-венулярных анастомозов и сопутствующему повышению АД. У испытуемого до погружения кисти, стопы или предплечья измеряют АД трижды до получения стабильных цифр и сразу после прекращения холодового воздействия в течение 5 минут ежеминутно. Данная проба позволяет проанализировать возбудимость и функциональные резервы сосудодвигательных центров. Рефлекторное сужение артериол и увеличение АД тем больше, чем выше возбудимость сосудодвигательных центров.
7. Проба Леви-Гориневской.
Регистрируется изменение ЧСС и АД, а также частоты дыхания до и после 30-ти подскоков на высоту 3–4 см в течение 15 секунд. ЧСС и АД регистрируют ежеминутно до полного восстановления их показателей в исходное положение.
8. Проба двухступенчатая по Мастеру.
В качестве дозированной нагрузки используют подъем и спуск по двухступенчатой лестнице с высотой ступеней 23 см каждая в определенном ритме. Результат оценивают по данным ЭКГ до и после прекращения нагрузки. Проба применяется для оценки состояния дыхательной,
а, точнее, кардиореспираторной системы
Функциональные пробы при реовазографии
Использование функциональных проб при реовазографии верхних и нижних конечностей позволяет получить информацию о состоянии кровообращения в исследуемых участках тела обследуемого, оценить его резервные возможности, а также дать характеристику артериального кровенаполнения, состояния тонуса артериальных сосудов, венозного оттока, проходимости периферических сосудов, коллатерального кровообращения. Диагностические возможности реовазографии с использованием нагрузочных тестов позволяют дифференцировать функциональные и органические причины изменения характера кровообращения в исследуемых участках конечностей. Тонус сосудов оценивается отдельно для правой и левой конечности по показателям времени пульсового кровенаполнения и величине реографического индекса, индекса эластичности, характеризующего эластичность артерий исследуемой зоны, индекса периферического сопротивления сосудов, а также индекса величины оттока, позволяющего косвенно оценить венозный отток. Оценивается также симметричность кровенаполнения артерий голени, стоп, предплечий, кистей рук. К нагрузочным тестам при реовазографии относят: постуральную пробу, пробу с локальной физической нагрузкой, холодовую пробу и некоторые другие.
Постуральная сосудорасширяющая проба – наиболее информативный нагрузочный тест при реовазографии, основанный на явлении расширения сосудов конечностей и увеличении их кровенаполнения при приведении конечностей в возвышенное положение. В начале пробы записывают реовазограмму при горизонтальном положении конечностей, затем после их подъема под углом 45 градусов. Пробу чаще применяют при исследовании нижних конечностей. При этом бедро располагается под углом 45 градусов к горизонтальной плоскости, а голень находится в горизонтальном положении, параллельно телу ипытуемого, лежащего на спине. При этом конечность по всей длине опирается на специальную подставку. Повторную запись реографической кривой производят через 5 минут после придания конечности указанного положения. Критерии оценки пробы весьма условны, поскольку не у всех обследуемых (в том числе и у здоровых лиц) имеется реакция на пробу. Кроме того индивидуальные различия в выраженности рекции могут быть очень существенными.
Положительная постуральная проба отмечается при увеличении амплитуды систолической волны в 1,5 раза и более, что объясняется функциональными изменениями, связанными с повышенным тонусом сосудов. Слабоположительная постуральная проба отмечается при повышении амплитуды систолической волны менее чем в 1,5 раза. Такая реакция указывает на смешанный характер изменений кровенаполнения сосудов конечности и встречается при ранних стадиях органического поражения стенок артерий. Отрицательная постуральная проба свидетельствует об отсутствии реакции на пробу, что расценивается как преобладание органического компонента, влияющего на ширину просвета сосудов. Парадоксальная постуральная проба, характеризующаяся уменьшением амплитуды реографической кривой, свидетельствует о выраженных органических изменениях сосудов конечности.
Проба с локальной физической нагрузкой основана на увеличении кровоснабжения конечности в ответ на увеличение потребления кислорода работающими мышцами. При этом увеличение кровотока зависит от величины и интенсивности выполняемой работы. Проба состоит в регистрации реографической кривой до и после осуществления ипытуемым сгибательно-разгибательных движений в голеностопном или лучезапястном суставах в течении 1 минуты (до утомления) или до 20 раз. У здоровых лиц после выполнения физической нагрузки отмечается увеличение амплитуды систолической волны, а длительность анакроты при этом существенно не меняется. У лиц с облитерирующими изменениями сосудов конечностей после нагрузки амплитуда систолической волны не меняется или даже уменьшается на 50–60 %.
Холодовая проба считается наиболее адекватной для исследования микроциркуляции в конечностях. Холодовую пробу чаще применяют при исследовании кровообращения в пальцах кисти руки. После регистрации исходной реографической кривой кисть охлаждают струей воды с температурой 10–12 °С в течение 90 секунд. Сразу же после прекращения термического воздействия регистрируют реовазограмму в непрерывном режиме до восстановления исходной амплитуды реографической волны с фиксацией времени, прошедшего с момента прекращения холодового воздействия. Возможен вариант регистрации реографической кривой эпизодами через 3, 7, 12 минут после охлаждения кисти [65; 107].
Холодовое воздействие вызывает рефлекторный спазм артерий, сопровождающийся уменьшением их пульсового кровенаполнения и соответствующим уменьшением амплитуды реографической кривой. Холодовая проба считается отрицательной при незначительном снижении пульсового кровенаполнения и его восстановлении через 5–8 минут. Нормальная реакция сосудов ассоциируется с отрицательной холодовой пробой. Положительной холодовая проба считается при выраженном снижении пульсового кровенаполнения и замедленном его восстановлении на 15–30 минутах. Положительная холодовая проба свидетельствует о пароксизмальном нарушении периферической гемоциркуляции, характеризующимся вазоспазмом, ишемией, цианозом в ответ на воздействие холода, которое в значмтельной степени обусловлено нарушением микроциркуляции, связанного со снижением тонуса артерий и вен [120].
Функциональная проба при реоэнцефалографии позволяет оценивать состояние мозгового кровообращения, его устойчивость к стрессовым воздействиям, резервные возможности и адаптивный потенциал. Исследование особенностей церебральной гемодинамики характеризует пульсовое кровенаполнение, тонус и резистентность стенок сосудов, состояние венозного оттока и сосудистого сопротивления. Реоэнцефалографические показатели хорошо коррелируют с такими параметрами церебральной гемодинамики, как линейная и объемная скорость общего и регионального кровотока, сосудистым сопротивлением. С целью выявления обратимых или необратимых изменений сосудов, определения характера их пульсового кровенаполнения, а также адаптационных резервов сосудистой системы мозга применяют функциональные и лекарственные пробы.
Проба с поворотом головы (тест Матисса) получила наибольшее распространение при исследовании состояния гемодинамики вертебробазиллярного бассейна, позволяющие оценить изменения кровенаполнения, тонуса артерий, артериол, состояние венозного оттока в ответ
на повороты головы. После записи фоновой реографической кривой испытуемый выполняет максимально возможный поворот головы вправо, а затем влево, после чего реограмму записывают повторно. Оценка реоэнцефалограммы производится как в фронто-мастоидальном отведении, что позволяет получить информацию о состоянии кровенаполнения бассейна внутренних сонных артерий, так и в окципито-мастоидальном отведении, отражающем кровенаполнение интракраниального отдела бассейна позвоночных артерий. В норме – при отсутствии изменений со стороны позвоночных артерий, повороты головы не влияют на амплитуду и форму реограммы. Проба считается положительной, если после поворота головы произошло снижение или изменилась форма кривой. Это может быть следствием нарушения проходимости вертебральных артерий, а также шейного остеохондроза.
Пробы для оценки функционального состояния системы дыхания
1. Проба Штанге.
Проба с задержкой дыхания после вдоха на максимально возможное время. Измеряется время задержки дыхания в секундах. Проба позволяет оценить устойчивость организма человека к смешанной гиперкапнии и гипоксии, отражающую общее состояние кислородобеспечивающих систем организма.
2. Проба Генчи.
После 2–3 глубоких вдохов испытуемый должен глубоко выдохнуть и задержать дыхание на максимально возможное для него время. Пробы с задержкой дыхания на вдохе и выдохе позволяют оценить общий кардиореспираторный резерв, который тем выше, чем длительнее задержка дыхания. Проба отражает устойчивость организма к недостатку кислорода.
Функциональные нагрузки с задержкой дыхания на фоне глубокого вдоха (проба Штанге) или на максимальном выдохе (проба Генча), используются в космической медицине, при профессиональном отборе летчиков, космонавтов, водолазов, в спортивной медицине, в физиологии дыхания и кровообращения в условиях высокогорья [83]. Проба Штанге позволяет получить информацию об уровне тренированности и физической работоспособности, о резервных возможностях организма, о стрессорной устойчивости здорового и больного человека [52].
Длительность задержки дыхания во время пробы Штанге значительно варьирует как у здоровых, так и больных людей, и служит мерой степени толерантности к транзиторной гиперкапнии и гипоксии: низкие значения произвольного порогового апноэ (ППА) (менее 30 с) свидетельствуют о низкой толерантности к гиперкапнии и гипоксии; длительность ППА от 35 до 55 с характеризует умеренно сниженную толерантность; высокие значения ППА (от 60 до 85–90 с) являются эквивалентом высокой толерантности к транзиторной гиперкапнии и гипоксии, что позволяет определять стрессорную устойчивость человека при физиологическом и патологическом стрессе [52]. Результаты проб Штанге и Генчи проводятся по оценочным таблицам.
3. Комбинированная проба Серкина.
Выполняется в три этапа:
1 – определяют время задержки дыхания на вдохе в покое в положении сидя;
2 – затем задержка дыхания на вдохе после 20 приседаний за 30 секунд;
3 – задержка дыхания на вдохе после 1 минуты отдыха.
Результаты оцениваются по специальным таблицам.
4. Проба с произвольной задержкой дыхания, или Breath-HoldingTest (BHT) – задержка дыхания на фоне обычного вдоха (без предшествующего глубокого вдоха или выдоха) – отличается от пробы Штанге отсутствием глубокого вдоха в начале пробы, поэтому раздражение механорецепторов легких, плевры, дыхательных мышц не столь выражено. При этой пробе достоверно изменяются РаСО2 (достигая 47,8 ± 1,83 мм рт. ст.) и РаО2, (уменьшается до 95,0 ± 2,82 мм рт. ст.), снижается процент насыщения крови кислородом, в среднем до 14,5 ± 2,20 % [82]. Длительность пробы ВНТ у взрослых здоровых людей составляет в среднем 40–42 с и может значительно увеличиваться после Breath-Holding тренинга
Пробы с задержкой дыхания не всегда являются объективными, поскольку в значительной мере зависят от волевых качеств испытуемого.
5. Проба Розенталя.
Проводится пятикратное определение жизненной емкости легких без отдыха между отдельными измерениями. Тест позволяет определить функциональные характеристики дыхательной мускулатуры (диафрагмы и межреберных мышц).
Пробы для оценки функционального состояния
центральной нервной системы
Функциональные пробы при электроэнцефалографии (ЭЭГ). Стандартные функциональные пробы, проводимые во время регистрации ЭЭГ применяют в диагностических целях, а также при изучении деятельности мозга, связанной с реализацией таких функций, как восприятие, память, адаптация к воздействиям на организм факторов внешней и внутренней среды, мобилизация и восстановление резервных возможностей центральной нервной системы. Основное требование, предъявляемое
к функциональным пробам – стандартная методика их проведения и должная воспроизводимость, позволяющая сопоставлять данные, полученные у разных обследуемых, и наблюдать за изменениями ЭЭГ в динамике.
Применение стандартных провоцирующих проб (ритмической фотостимуляции, гипервентиляционная) должны проводиться в присутствии врача, так как эти пробы могут вызвать развернутый эпилептический припадок, коллаптоидное состояние и другие реакции, связанные с особенностями центральной нервной системы, соматическим состоянием и личностными особенностями обследуемых. Возможность проведения функциональных проб, их интенсивность и продолжительность определяют в зависимости от информации, получаемой на текущей записи ЭЭГ. Анализ ЭЭГ во время записи также необходим, чтобы выделить признаки патологических проявлений, которые могут быть сигналом к прекращению проводимой функциональной пробы или записи ЭЭГ.
Проба с фотостимуляцией
Проба с фотостимуляцией проводится в затемненном помещении при минимальном уровне света, позволяющем видеть обследуемого. Фотостимуляцию проводят с использованием фотостимулятора, выдающего короткие вспышки света близкого по спектру к белому, достаточно высокой интенсивности. Эта проба основана на том, что световые мелькания могут вызвать фотосенситивную эпилептиформную активность у обследуемых. При проведении пробы может меняться интенсивность вспышек света, их частота и продолжительность. Вспышки света могут быть одиночными либо серийными. Серии фотостимуляции начинают с открытыми глазами у испытуемого, а через 5 секунд после начала серии испытуемый закрывает глаза. Интервал между сериями с разной частотой вспышек должен быть не менее 7 секунд. Общая длительность функциональной пробы не более 6 минут у обследуемых без фотопароксизмальной реакции. При возникновении фотоапроксизмального ответа стимуляция прекращается. Серии вспышек света заданной частоты применяются для исследования реакции усвоения ритма, то есть способности мозга воспроизводить ритм внешних раздражений, регистрируемый на ЭЭГ. В норме реакция усвоения ритма хорошо выражена на частоте световых стимулов, близкой к собственным ритмам ЭЭГ.
Проба с гипервентиляцией
Проба с гипервентиляцией – наиболее распространенный тест используемый при исследовании функционального состояния головного мозга. Произвольная гипервентиляция, как функциональная проба, чаще рассматривается в клиническом аспекте для диагностики различных дисфункций центральной нервной системы, как провокационная проба с целью выявления эпилептиформной активности на ЭЭГ [55; 90]. Гипервентиляция вызывает выраженные изменения метаболизма мозга за счет интенсивного выведения углекислоты, которые в свою очередь способствуют появлению эпилептической активности на ЭЭГ. Гипервентиляция во время записи ЭЭГ позволяет выявлять скрытые эпилептиформные изменения и уточнять характер эпилептических приступов.
Произвольная гипервентиляция используется при диагностике не только эпилепсии, но и истерии, мигрени, психопатии, органических поражений нервной системы, для определения физической работоспособности у здоровых детей и подростков, как модель для изучения индивидуальных форм ритмики дыхания, для выявления предрасположенности к артериальной гипертонии у пациентов с нестабильным АД в течение дня [157], для изучения реактивности мозговых сосудов [116; 141].
Произвольная гипервентиляция как функциональная нагрузка проводится в конце ЭЭГ-исследования. Обследуемый должен глубоко и ритмично дышать в течение 3–5 минут с частотой 16–20 дыхательных циклов в минуту. Регистрацию ЭЭГ начинают за 1–2 минуты до начала гипервентиляционной пробы, продолжают в течение всей функциональной пробы и еще не менее 3–4 минут после ее завершения. Прекращение записи ЭЭГ на период гипервентиляции – грубая ошибка, исключающая из регистрации и анализа наиболее богатый феноменами период исследования. Гипервентиляционная проба – стандартная процедура, выполняемая в большинстве ЭЭГ-исследований, за исключением ситуаций, когда она не может проводиться по медицинским или иных показаниям. В норме гипервентиляция у взрослых не вызывает особых изменений ЭЭГ или иногда приводит к увеличению процентного вклада альфа-ритма в суммарную биоэлектрическую активность и амплитуды альфа-активности. При оценке реакции на гипервентиляционную пробу необходимо учитывать характер и выраженность изменений ЭЭГ, время их появления после начала гипервентиляции и длительность их сохранения после окончания пробы.
Существуют варианты проведения гипервентиляционной пробы, в соответствии с которыми проба выполняется осуществлением исследуемым максимально глубокого и частого дыхания в течение 3-х мин, 2 мин [83], 5 мин (30 дыханий/мин) [157]. Так, при профессиональном отборе абитуриентов в авиационные училища используется двухминутная недозированная произвольная гипервентиляция и «жесткая» трехминутная гипервентиляционная проба, позволяющая выявить индивидуальные границы снижения РаСО2 [81].
Проба на закрывание и открывание глаз
Одним из наиболее важных тестов при регистрации ЭЭГ является сравнение между собой ЭЭГ, записанных у испытуемого с открытыми и закрытыми глазами. В ходе записи ЭЭГ испытуемому предлагают открыть глаза на 3–4 секунды и после этого опять их закрыть. Интервал между последовательными пробами «открыть-закрыть глаза» 10 секунд. В норме при открывании глаз происходит подавление альфа-активности и усиление бета-активности. При закрывании глаз повышается амплитуда и регулярность альфа-ритма. Считается, что реакция на открывание глаз отражает переход от состояния покоя к состоянию деятельности и характеризует инертность процессов торможения в головном мозге. Ответ на закрывание глаз характеризует инертность процессов возбуждения и соответствует переходу состояния деятельности к покою. При повторных пробах параметры ответов у испытуемых обычно достаточно стабильны. Иногда в момент открывания или закрывания глаз может иметь место появление пароксизмальной активности наЭЭГ.
Метаболические нагрузочные пробы
Одним из основных направлений оценки ФРО является анализ состояния регуляторно-метаболического статуса организма. С этой целью используются технологии исследования состояния регуляторно-метаболической основы функциональных резервных возможностей организма с применением метаболических нагрузочных тестов[1].
Метаболическая составляющая ФРО может быть адекватно и эффективно оценена с использованием специальных исследовательских зондов – функциональных метаболических нагрузочных тестов, способных вызывать заметные изменения в осуществлении обменных процессов.
К числу наиболее информативных метаболических нагрузочных тестов относят пробу с жировой нагрузкой [26] и глюкозотолерантный тест.
1. Тест толерантности к глюкозе.
Тест позволяет оценить состояние метаболизма углеводов в организме. Данная проба проводится после предварительного определения концентрации глюкозы в крови натощак. Тест состоит в пероральном приеме глюкозы натощак исходя из соотношения 1 грамм глюкозы на 1 килограмм массы тела обследуемого. Тест оценивают по характерным особенностям гликемической кривой. Начальный подъем сахарной
кривой отражает интенсивность рефлекторного возбуждения симпатического отдела автономной нервной системы, а также интенсивность гликогенолиза в печени. Дальнейший подъем содержания глюкозы в крови обусловлен ее всасыванием из кишечника и гликогенсинтезирующей функцией печени и других органов и тканей. Нисходящий участок сахарной кривой (гипогликемическая фаза) является следствием возбуждения блуждающего нерва, контролирующего продукцию инсулина, а также отражает усиление утилизации глюкозы и гликогенообразования. Последняя точка на гликемической кривой обусловлена состоянием равновесия всех задействованных систем организма. При анализе результатов пробы используют коэффициент Бодуэна или коэффициент Рафальского.
Глюкозотолерантный тест имеет модификацию – пробу Штауба – Трауготта, в ходе которой испытуемый получает глюкозу дважды. Первый раз – натощак и еще одну такую же дозу глюкозы повторно через 90 минут. Динамика гликемической кривой определяется интенсивностью продукции инсулина. Быстрый, крутой и высокий подъем кривой свидетельствует о повышенном тонусе симпатической нервной системы. Быстрое снижение сахарной кривой и гликемический коэффициент меньше единицы указывают на повышение тонуса блуждающего нерва, увеличение секркции инсулина и характеризует высокую способность печени к синтезу гликогена.
Толерантность к глюкозе повышена при гипотиреозе, гипофункции надпочечников (болезнь Адиссона, гипопитуитаризм), аденоме или раке островков Лангерганса, заболеваниях кишечника (целиакия, спру). Толерантность к глюкозе снижена при гликогенозах, гиперфункции надпочечников, беременности, нарушениях утилизации глюкозы, связанных с поражением гипоталямуса, гипертиреозе.
Существует вариант теста толерантности к глюкозе с внутривенным введением глюкозы натощак из расчета 0,33 грамма на 1 килограмм массы тела в течение 2 минут с последующим забором проб крови через 10, 20 и 40 минут после введения глюкозы. Результаты теста определяются в полулогарифмической системе координат отражающей зависимость десятичного логарифма содержания глюкозы от времени. Определяется полупериод снижения уровня сахара в крови и рассчитывается коэффициент ассимиляции глюкозы (в процентах), показывающий снижение содержания глюкозы в крови за 1 минуту.
Информативными признаками снижения ФРО по результатам глюкозотолерантного теста являются: относительное увеличение гипергликемического коэффициента (на 30–50 % от референтных величин) и содержания глюкозы (на 120 и 50 % от фоновых величин) к 60 и 150 минутам теста (В.Н. Рыгин 2003).
2. Проба с нагрузкой жиром
Тест с жировой нагрузкой позволяет оценить функциональные возможности печени путем сравнения активности аланинаминотрансферазы, содержания билирубина в крови и реакции Таката Ара до и после приема сливочного масла или оливкового масла. Исследование биохимических эффектов жировой нагрузки дает возможность определить наиболее информативные предикторы ее переносимости. К их числу отнесены уровень гликемии, показатели липидного профиля крови (содержание триглицеридов, холестерина) и гормонального статуса (концентрация кортизола, тестостерона, инсулина). По данным жировой нагрузочной пробы признаками снижения ФРО являются: относительное увеличение концентрации в крови инсулина к третьему часу после приема масла (на 25–45 % от фоновых величин), повышенное содержание триглицеридов (на 80–120 % от фоновых величин) к девятому часу нагрузочного теста (В.Н. Рыгин 2003).
Основные биохимические критерии метаболических нагрузочных тестов позволяют оценивать переносимость физических нагрузок[2], выявлять дисрегуляторные состояния, приводящие к снижению резервных метаболических возможностей организма, что затрудняет поддержание его оптимального функционального состояния. Анализ биохимических эффектов метаболических нагрузочных проб позволяет оценить выраженность гормонального ответа, направленного на поддержание субстратного и энергетического гомеостаза и расширение диапазона ФРО.