Газовый состав и кислотно-основное состояние крови у здоровых обследуемых женщин в условиях 9-суточной изоляции в гермообъекте

Введение. В настоящее время в области космической физиологии и медицины наблюдается рост научного интереса к изучению последствий длительного воздействия умеренно повышенного уровня диоксида углерода, регистрируемого на борту Международной космической станции (МКС), на организм космонавтов и астронавтов [1, 2]. Респираторный ацидоз, обусловленный повышенным уровнем диоксида углерода в атмосфере космического корабля, рассматривается в качестве возможного фактора развития электролитных и метаболических нарушений, в т.ч. в качестве одной из причин нару- шения обмена кальция в организме. Кроме этого, предполагается, что повышенная концентрация экзогенного диоксида углерода является одним из факторов повышения внутричерепного давления у космонавтов в условиях космического полёта, однако на данный момент эта гипотеза в полной мере не подтверждена экспериментальными данными [3, 4]. Умеренно повышенный уровень диоксида углерода в атмосфере МКС рассматривается также среди причин изменения чувствительности дыхательного центра у космонавтов в условиях космического полёта, что выражается, в частности, в значитель- ном увеличении длительности волевой задержки дыхания [5, 6]. Результаты исследования кислотно-основного состояния (КОС) крови у шести здоровых мужчин при длительной изоляции в течение 520 сут (в рамках проекта «Марс-500») при среднем содержании диоксида углерода в среде гермообъекта на уровне 0,3 % свидетельствуют о развитии у обследуемых респираторного ацидоза, который был компенсирован метаболическим алкалозом [7]. Несмотря на то, что выявленные сдвиги в КОС при длительном воздействии не сопровождались изменениями кальциевого баланса, авторы справедливо предполагают вероятность возникновения негативных изменений в обмене кальция при длительном метаболическом алкалозе в аналогичных условиях у женщин или у людей более старшего возраста.

В связи с этим оценка кислотно-основного баланса в условиях изоляции в гермообъекте в рамках комплексного эксперимента, моделирующего полёт на Луну, представляет актуальную задачу.

Цель исследования. Изучение газового состава и кислотно-основного баланса крови у женщин в условиях 9-суточной изоляции в гермообъекте.

Поскольку уровень напряжения диоксида углерода в крови определяется в т.ч. интенсивностью вентиляции лёгких, одной из задач являлось изучение паттерна и минутного объёма дыхания в покое, а также длительности задержки дыхания на вдохе и выдохе в качестве параметра, характеризующего хемочувствительность дыхательного центра.

Материалы и методы. Изучение газового состава и КОС крови проводили у 6 здоровых женщин в возрасте 25–35 лет при 9-суточной изоляции в рамках эксперимента «Луна-2015», проводимого на базе Наземного экспериментального комплекса ГНЦ РФ – ИМБП РАН. Программа экспериментального исследования была одобрена Комиссией по биомедицинской этике ГНЦ РФ – ИМБП РАН, обследуемые подписали информированное согласие на участие в эксперименте.

На каждом этапе исследования определяли параметры спокойного дыхания (частоту и глубину дыхания, минутный объём ды- хания (МОД)) в течение 2 мин в покое в положении обследуемой сидя с использованием спирометра «Этон-01» («Этон», Россия). Затем осуществляли взятие пробы артериализо-ванной крови из пальца в гепаринизированный капилляр (Radiometer, Дания) для анализа показателей газового состава и КОС. Для артериализации крови проводили 10-минутный предварительный разогрев кисти. Для измерения параметров КОС: величины водородного показателя (pH), напряжения диоксида углерода (PaCO2), напряжения кислорода (PaO2), значения стандартного избытка оснований во внеклеточной жидкости (BE (Ecf)) – использовали анализатор газов крови ABL80 (Radiometer, Дания). Определение длительности максимальной задержки дыхания выполняли в положении обследуемой сидя с использованием секундомера с занесением результатов в специальные бланки.

У каждой участницы проводили 5 серий обследования в следующие сроки: в предэкс-периментальный период (за 26–27 (фон 1) и 7–8 сут (фон 2) до начала изоляции), на 4-е и 7-е сут периода изоляции и на 3-и сут периода последействия.

Вышеописанную процедуру исследования в аналогичные сроки проведения эксперимента проводили у четырех условно здоровых женщин в возрасте 25–42 лет, ведущих обычную жизнедеятельность (контрольная группа). В период изоляции у одной из обследуемых контрольной группы была проведена только одна серия исследования (на 4-е сут воздействия). В период последействия исследований в контрольной группе не проводили.

Для статистической обработки данных использовали пакет прикладных программ Statistica 7.0 c применением непараметрического критерия Фридмана и в случае отклонения нулевой гипотезы (p<0,05) проводили парное сравнение с использованием критерия Уилкоксона. Для оценки различий параметров у обследуемых групп сравнения в пре-дэкспериментальном периоде и в периоде изоляции использовали непараметрический критерий Манна–Уитни.

Результаты и обсуждение. По результатам анализа параметров спонтанного дыхания можно условно выделить две группы об- следуемых – с обычной и низкой частотой дыхания (табл. 1). Известно, что редкое и глубокое дыхание, выявленное у обследуемых L2, L3 и L6 по величинам дыхательного объёма и частоты дыхания, приводит к более эффективному использованию кислорода из единицы объёма альвеолярной вентиляции [8]. В период проведения всех наблюдений в рамках эксперимента у обследуемых обеих групп показатели частоты дыхания, дыха- тельного объёма и вычисленная на их основе величина МОД сохраняли относительную стабильность в рамках индивидуальных диапазонов колебаний. Статистический анализ динамики этих параметров в ходе эксперимента также не выявил значимых различий как между измеренными показателями и фоновыми величинами, так и между данными у обследуемых в изоляции и результатами контрольной группы.

Таблица 1

Индивидуальные величины показателей паттерна дыхания у обследуемых

Примечание. Здесь и далее L – обследуемые, принимавшие участие в 9-суточной изоляции, K – об- следуемые контрольной группы.

В качестве основных показателей газового состава и КОС крови были проанализированы величины pH, PaCO 2 , PaO 2 и BE (Ecf). Первые три параметра являются измеряемыми, величина избытка (дефицита) оснований автоматически вычисляется на основе величин pH и PaCO 2 . Напряжение диоксида углерода в первую очередь отражает функцию дыхательной системы, в то время как BE является метаболическим компонентом возможных нарушений кислотно-основного равновесия.

Анализ значений показателей КОС у обследуемых обеих групп показал, что в подавляющем большинстве измерений величины находились в пределах физиологической нормы. Однако у одной из обследуемых женщин основной группы в предэксперимен-тальном периоде отмечался дефицит оснований (BE (Ecf)=-4,5 ммоль/л), а у одной женщины контрольной группы во всех измерениях наблюдался умеренно сниженный уровень BE (Ecf) (-4,0 ммоль/л). Кроме того, было выявлено, что фоновые величины за 26–27 и 7–8 сут до начала эксперимента характеризуются относительным различием по уровням pH и PaCO 2 .

При анализе динамики уровня pH у обследуемых в условиях изоляции была обна- ружена тенденция к сдвигу этого параметра в сторону относительного снижения в рамках физиологической нормы на 7-е сут (p=0,051 по критерию Фридмана), при этом сравнение величин с показателями контрольной группы в данный период эксперимента выявило статистически значимое различие (p=0,03 по критерию Манна–Уитни) (табл. 2, рис. 1). На 7-е сут изоляции у обследуемых в условиях пребывания в экспериментальном комплексе был обнаружен повышенный уровень PaCO2 по сравнению со вторым фоновым измерением (p=0,04) и с результатами контрольной группы (p=0,038) также в пределах физиологической нормы (рис. 2). Следует отметить, что относительно повышенное напряжение диоксида углерода в артериализованной крови не затрагивало метаболические пути компенсации, поскольку величины, определяющие избыток/дефицит оснований, характеризовались относительной стабильностью. С другой стороны, очевидно, что зарегистрированные уровни PaCO2 на 7-е сут изоляции не имеют различий с величинами, полученными при первом обследовании в фоновом периоде, таким образом, они не выходят за пределы условной индивидуальной «нормы реакции» и не свидетельствуют о каких-либо патологических изменениях.

Таблица 2

Величины показателей газового состава и кислотно-основного состояния в пробах артериализованной крови у обследуемых при 9-суточной изоляции