uzluga.ru
добавить свой файл


______________________________________________________

На правах рукописи


КРЕЙДИЧ

Юрий Викторович


ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОПОРНОЙ

И ВЕСТИБУЛЯРНОЙ АФФЕРЕНТНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ


14.00.32 - авиационная, космическая и морская медицина


Автореферат


диссертации на соискание ученой степени

доктора медицинских наук


Москва – 2009

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ - ИМБП РАН)


Научный консультант:

чл.-корр. РАН, д.м.н., профессор Инеса Бенедиктовна КОЗЛОВСКАЯ


Официальные оппоненты:

д.м.н., профессор Эдуард Иванович МАЦНЕВ


д.м.н. Борис Иванович ПОЛЯКОВ


д.м.н., профессор Николай Александрович РАЗСОЛОВ


Ведущее научное учреждение: ФГУ Государственный научно-исследовательский испытательный Институт военной медицины МО РФ (г. Москва).


Защита диссертации состоится « _____» ________________ 2009 года в «_____» часов на заседании диссертационного совета Д 002.111.01 при Государственном научном центре РФ – Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123 007, Москва, Хорошевское шоссе, д. 76-А


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного центра РФ – Института медико-биологических проблем РАН


Автореферат разослан «_______» __________________________ 2009 года


Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор биологических наук М.А. Левинских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Известно, что переход к невесомости сопровождается глубокими нарушениями в деятельности сенсомоторных систем (ориентационные иллюзии, головокружение, затруднения при слежении за зрительными объектами и другие расстройства) (Комендантов Г.Л., Копанев В.И., 1962; Юганов Е.М. и др., 1968; Емельянов М.Д. и др., 1968; Парин В.В., 1970, 1974; Газенко О.Г. и др., 1973, 1983; Разумеев А.Н., Григорьян Р.А.,1976; Яковлева И.Я. и др., 1974, 1981; Козловская И.Б. и др., 1983, 1990; Young L. et al., 1984, 1993; Genin et al.,1987; Grаybiel A., 1980; Reschke M. et al., 1984, 1994; Berthoz A. et al., 1990; Parker D. et al., 1990).

Большинство исследователей пусковую, триггерную, роль в возникновении и развитии этих эффектов отводят нарушениям в деятельности вестибулярного аппарата, который является ведущей гравирецепторной системой организма. При любых видах движений вестибулярная система определяет ориентацию головы относительно гравитационной вертикали, а при помощи вестибулоокулярных рефлексов обеспечивает постоянную стабилизацию изображения окружающего пространства на сетчатке глаза.

В ходе эволюции животного мира вслед за вестибулярной гравиторецепторной системой, сформировались вторая система - опорная, включающая глубокую кожную чувствительность и рецепторы опоры, мышц, сухожилий и связок, и мозжечок. Эта система активно информирует ЦНС об изменениях положения тела относительно гравитационного вектора и плоскости опоры.

Результаты многочисленных постурографических исследований и клинических наблюдений свидетельствуют о том, что в норме обе системы (вестибулярная и опорная), несущие в ЦНС информацию о положении тела относительно вектора гравитации, работают в тесном взаимодействии. Вестибулярная система сигнализирует о положении и перемещениях головы относительно вектора гравитации, а опорная – информирует о перемещениях центра масс относительно вектора гравитации и опорной поверхности. Очевидно, что в условиях гравитационного поля данные системы дополняют друг друга, обеспечивая точность и адекватность перемещений тела в пространстве, а также точность движений глаз, необходимую для удержания зрительного образа на сетчатке глаза.

В течение длительного времени роль опорной афферентации в развитии нарушений, регистрируемых в условиях невесомости, не рассматривалась. Существенный прогресс в развитии представлений о взаимодействии опорной афферентации с вестибулярной афферентной системой был достигнут в последние два десятилетия. Это было связано с проведением наземных исследований по моделированию эффектов невесомости и, в частности, с широким применением иммерсионных исследований, в которых имеет место снижение опорной нагрузки, при неизменности работы вестибулярного аппарата.

Результаты иммерсионных исследований показали, что значительная часть сенсомоторных нарушений, выявленных в последействии невесомости, таких как атония мышц, гиперрефлексия, нарушения позы, походки, и другие, воспроизводятся в условиях иммерсии в достаточно полном объеме.

Очевидно, что для разработки профилактических средств от неблагоприятного воздействия невесомости необходимо понимание роли каждой из двух гравитационных афферентных систем в развитии нарушений и последствий, связанных с нарушениями их согласованной деятельности.

В связи со сказанным, представляется актуальным и важным проведение исследований особенностей взаимодействия опорной и вестибулярной афферентных систем в условиях измененной гравитации.


Цель работы: изучить особенности и характер взаимодействия опорной и вестибулярной афферентных гравиторецепторных систем человека в невесомости и моделирующих ее условиях.


Задачи исследований

1. Исследовать особенности взаимодействия вестибулярной и опорной афферентаций в развитии вегетативных, сенсорных и моторных нарушений в острый период адаптации к условиям микрогравитации.

2. Изучить возможность воспроизведения моторных, сенсорных и вестибуломоторных эффектов в различных условиях опорной разгрузки (АНОГ- 6О, "сухая" иммерсия, костюмная иммерсия) и провести их сравнительный анализ.

3. Исследовать эффективность предъявления опорных раздражений в условиях невесомости в деятельности сенсорных, моторных и вегетативных систем.

4. Изучить характеристики сенсорных и глазодвигательных ответов на вестибулярные сигналы при опорной разгрузке в условиях костюмной иммерсии.

5. Провести сравнительный анализ влияний невесомости, "сухой" и костюмной иммерсии на параметры реакции установки взора.


Научная новизна На основе данных обследований космонавтов после космических полетов, результатов модельных исследований с человеком и экспериментов на животных разработана новая модель физиологических эффектов микрогравитации - костюмная иммерсия (КИ). Показано, что КИ достаточно точно воспроизводит большинство сенсорных, вестибуломоторных и моторных эффектов невесомости.

Впервые показано что, начиная с третьего часа, пребывание в КИ сопровождается выраженным снижением мышечного тонуса и силовых характеристик мышц, повышением чувствительности мышечных афферентов, снижением порогов опорной рецепции и нарушением механизмов мышечных синергий, обеспечивающих вертикальную устойчивость тела. После 30 часов пребывания в условиях КИ у испытателей зарегистрировали стойко сформировавшиеся синфазные ответы мышц - антагонистов, аналогичные наблюдаемым у космонавтов после космического полета.

Впервые в условиях КИ воспроизведены вестибуломоторные и вестибуловегетативные эффекты, такие как плавающие и нистагменные движения глаз, нарушения амплитуд и скорости саккад, ухудшение точности зрительного слежения за целью, а также комплекс симптомов болезни движения различной степени выраженности.

Впервые показано, что одной из главных причин развития сенсорных, соматосенсорных, вестибуломоторных и вегетативных расстройств в условиях невесомости является устранение опоры и, соответственно, притока афферентной информации в ЦНС. Наблюдающееся при этом резкое возрастание вестибулярной чувствительности свидетельствует о том, что в норме афферентация от опорных рецепторов оказывает модулирующее тормозное воздействие на вестибулярный аппарат.


Теоретическая значимость работы

Результаты исследований, выполненных в условиях КИ, дополнили данные, полученные ранее в условиях орбитальных полетов, и показали, что в основе развития сенсорных, вестибуломоторных и вегетативных эффектов, отмечаемых в начальный период космического полета у большинства космонавтов, среди других важных факторов - пусковым фактором является отсутствие опоры и веса тела, обусловливающие резкое снижение притока проприоцептивной афферентации в центральные структуры моторного контроля.

В привычных условиях земной гравитации гравиторецепторы вестибулярной и опорной систем тесно взаимодействуют на всех уровнях ЦНС (в спинном мозге, в продолговатом, в мозжечке). При этом эволюционно более молодая система опорной рецепции оказывает в условиях гравитации регулирующее тормозное действие на активность вестибулярных ядер ствола мозга. Отсутствие веса тела, способствующее резкому снижению притока опорной афферентации, высвобождает вестибулярный аппарат от тормозного контроля: пороги чувствительности вестибулярного аппарата при этом резко снижаются, и соответственно, сигналы об амплитуде и скорости движений головы искажаются.


Практические рекомендации и реализация результатов исследования

1.Разработана и экспериментально испытана новая наземная модель микрогравитации - костюмная иммерсия, воспроизводящая в полном объеме сенсорные, моторные и вестибуловегетативные эффекты невесомости, а также комплекс симптомов болезни движения. В сравнительных физиологических исследованиях эффектов действия невесомости, "сухой" и костюмной иммерсии подтверждена валидность результатов.

2.Отмечена эффективность использования костюмной иммерсии для тестирования на кумуляцию ускорений Кориолиса (НКУК) и оценку возбудимости вестибулярного аппарата с помощью реакции установки взора (РУВ) с целью отбора и тренировки лиц специального контингента.

3.Подтверждена перспективность использования костюмной иммерсии для скрининга специальных фармакологичесих средств, направленных на повышение работоспособности и профилактику симптомов болезни движения.

4.Показана большая эффективность модельных условий костюмной иммерсии для оценки и закрепления специальных навыков кандидатов при отработке задач операторской деятельности по управлению космическим кораблем и стыковки с орбитальной станцией.

5.Получено авторское свидетельство на способ моделирования болезни движения костюмной иммерсией №154 406 с приоритетом от 26.08.88.


Основные положения, выносимые на защиту:

1. Развивающиеся в невесомости нарушения координации и ориентации обусловливаются не только изменениями активности вестибулярного аппарата, но в значительной мере также устранением опорной афферентации и перестройкой систем управления движениями к новым условиям. Отсутствие опоры в невесомости сопровождается резким снижением порогов усилий, необходимых для перемещения тела. При этом резко облегчается вовлечение в двигательную активность гроссинергий плавания, отталкивания, полета.

2. В условиях невесомости выявлен профилактический эффект устройства "СУППОРТ", имитирующего опорные нагрузки. При его применении, в ходе полета и после его завершения имело место значительное уменьшение интенсивности вестибуловегетативных, сенсорных и двигательных нарушений. Имитация опоры предотвращала развитие процесса вестибулярной адаптации к действию невесомости.

3. Отмеченное при устранении опоры в условиях костюмной иммерсии резкое возрастание вестибулярной чувствительности свидетельствует о том, что в норме опорная афферентация оказывает модулирующее тормозное действие на возбудимость вестибулярного аппарата.

4. В условиях костюмной иммерсии воспроизводится, широкий спектр моторных, сенсорных, вестибулярных и вегетативных эффектов невесомости, включая иллюзии и другие симптомы болезни движения. По выраженности вестибулярных проявлений данная модель является более адекватной, чем сухая иммерсия.


Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены: на «V Ежегодном симпозиуме по гравитационной физиологии» (Москва,1983); XVI Совещании постоянно действующей рабочей группы по космической биологии и медицине, по программе "Интеркосмос", (Кечкемет, Венгрия,1983); «Симпозиуме по подведению итогов экспериментальных исследований на биоспутнике Космос – 1514», (Москва, 1984); Международном Симпозиуме «Адаптивные процессы в зрительной и глазодвигательной системах (Азоламор, США, 1985); VIII Международном Симпозиуме по постурографии «Нарушения позы и походки» (Амстердам, Голландия,1986); Симпозиуме «Пост-поражения нервной пластичности» (Бремен, ФРГ,1987); IX Международном Симпозиуме «Развитие, адаптация и модуляция позы и походки» (Марсель, Франция, 1988); IX Международном «Симпозиуме по гравитационной физиологии» (Нитра, Чехословакия, 1987); Международном Симпозиуме «Контроль движений головы» (Фонтебло, Франция, 1989); Симпозиуме «Космическая болезнь движения» (Калуга-Москва, 1990); XII Международном «Симпозиуме по гравитационной физиологии» (Ленинград, 1990); Международном Конгрессе патофизиологов «Болезнь движения» (Москва,1991); Всероссийской конференции «Управление движением» (Великие Луки, 2006); IV Всероссийской с международным участием Школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности» (Москва, 2007); XX Съезде Физиологического Общества им. И.П.Павлова (Москва, 2007).

Диссертационная работа апробирована на секции "Космическая медицина" Ученого совета ГНЦ РФ-ИМБП РАН (протокол № 3, от 18 июня 2009 г.).

По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ.


Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава I), главы с изложением общей структуры и методов исследований (глава II), результатов собственных экспериментальных исследований и обсуждения полученных результатов (глава III), заключения, выводов и практических рекомендаций, списка литературы.

Работа изложена на 160 машинописных страницах. Диссертация иллюстрирована 4 таблицами и 52 рисунками. Библиография диссертации содержит ссылки на 154 источника, из них отечественных - 59 источников и иностранных - 95 .

ОБЪЕМ МАТЕРИАЛА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ


Объем и общая структура исследований представлены в таблице № 1. Проведено обследование 57 космонавтов, из них 25 космонавтов являлись участниками основных экспедиций на станции "САЛЮТ-6", "САЛЮТ-7" и "МИР". Длительность их работы на станциях составляла от 64 до 237 суток. 32 космонавта являлись участниками экспедиций посещения на станции, длительность работы которых, как правило, не превышала 7 суток. Длительность трех полетов составляла от 10 до 14 суток. Возраст космонавтов, совершавших работу в космических полетах, колебался от 31 года до 45 лет. Среди космонавтов была одна женщина, которая летала в составе экспедиций посещения дважды. Из обследованных космонавтов - 37 участвовали в полете впервые, 16 космонавтов - дважды и 4 космонавта - трижды. Космонавты, участники работы в составе основных экспедиций на космические станции, обследовались до полета и в различные сроки после его завершения.

В модельных экспериментах приняло участие 58 испытателей-добровольцев в возрасте от 25 до 45 лет, информированных о содержании исследований и давших согласие на их проведение. Все участники модельных экспериментов прошли экспертное клинико-физиологическое обследование и были признаны здоровыми.

20 испытателей участвовали в серии исследований в модельных условиях 7 - суточной иммерсии, создаваемой методом иммерсионной гипокинезии (сухая иммерсия). Изучались нарушения в двигательной системе, в том числе реакции установки взора, вызванные снижением опорных нагрузок на тело исследуемых.

10 испытателей участвовали в серии исследований в модельных условиях, создаваемых методом гипокинезии в антиортостатическом положении (-6 градусов) - антиортостатическая гипокинезия (АНОГ) длительностью 120 суток без применения средств профилактики. Изучался характер изменений, вызываемых длительной АНОГ в двигательной и вестибулоглазодвигательной системах.

12 космонавтов, из которых 4 (летчики) были подготовлены как командиры корабля и 8 (космонавты–исследователи), среди которых 3 врача-космонавта и 5, подготовленных в качестве бортинженеров, приняли участие в качестве испытателей в сериях модельных исследований в условиях 1 -2- суточной КИ, создаваемой пребыванием в специальном непромокаемом костюме в условиях водной иммерсии. В задачи этой группы испытателей входили имитация операторской деятельности по посадке, многоразового космического корабля "БУРАН" после 1-суточного пребывания в КИ, а также выполнение операторской деятельности по стыковке космического корабля с орбитальной станцией в острый период 2–суточного пребывания в условиях КИ.

Таблица 1

Структура и объем исследований


п/п

п/п

Характеристика

исследований

Количество

участников

Количество

исследований

Примечание

1.

КФО космонавтов - участников полетов на станции "САЛЮТ-6", "САЛЮТ-7" и "МИР" из них:


57


174







- основные экспедиции

25

106

На реабилитации




- экспедиции посещения

32

68




2.

Сухая иммерсия.

20

96

7 суток

3.

АНОГ-60

10

76

120 суток

4.

Костюмная иммерсия

1- суточная.

12

6 косм-в

88

48

15 серий по 2 уч-ка


5.

Костюмная иммерсия.

2 - суточная

14

6 косм-в

250

56

8 серий по 3 уч-ка


6.

Исследования на пациентах с наследственной мозжечковой дегенерацией.

13

46

В клинических

условиях.

7.

Исследования на пациентах с периферическими поражениями вестибулярного аппарата.

14

53

В клинических

условиях.

8.

Исследования на приматах: полеты по параболе Кеплера и на биоспутнике "Космос-1514"

2

2

86

12


5 суток