Статьи

Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка — обоснование создания нового поколения гипоксикатора — ГИПО – ОКСИ-1

ФГБУ “Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии” Минздрава РФ

12.05.2021

#Физиотерапия

ЦЫГАНОВА Т.Н. один из пионеров широкого внедрения в лечебную практику метода гипокситерапии и одна из изобретателей и создателей, предназначенного для этого метода аппарата «Гипоксикатор». Является известным специалистом в России и за рубежом как один из разработчиков новой медицинской технологии – нормобарической интервальной гипоксической тренировки. Разработанный прибор внедрен в практику здравоохранения на Федеральном уровне в качестве лечебного средства наиболее распространенных заболеваний дыхательных путей и легких, сердечно-сосудистой системы.

Резюме

Проведен анализ результатов лечения различных заболеваний с помощью интервальной гипоксической тренировки многими авторами, в том числе собственных наблюдений, а также экспериментального обоснования сочетанного использования гипоксического и гипероксического воздействия. Были проанализированы показатели лечения с помощью нормобарической интервальной гипоксической тренировки самых разных заболеваний, которые заставили нас задуматься над вариантами использования гипокситерапии и в частности ее сочетания с гипероксией. Была обоснована возможность использования новой методики: нормобарической интервальной гипоксической тренировки. Задачей являлось снижение сроков лечения при использовании данного метода.

Известно, что фактором развития устойчивости организма является не только собственно действие гипоксии, но и действие реоксигенации – перехода от гипоксии к нормоксии. Образуются активные формы кислорода. Последние, как хорошо известно, обладают при высоких концентрациях повреждающим эффектом. Но в последние годы показано, что АФК принимают участие в начальных этапах внутриклеточной редокс-сигнализации, запускающей передачу сигнала к клеточному ядру. В результате, редокс-сигнализация приводит к насыщению клетки молекулами, повышающими ее защиту от повреждающих воздействий, причем эндогенная, т.е. сформировавшаяся в самой клетке, защита гораздо эффективней внешней (с помощью экзогенных добавок). Метод стал называться нормобарическая гипо-гипероксическая тренировка. Именно на этих принципах были сформулированы основные положения создания нового поколения гипоксиктора, дающего не только гипоксические смеси, но и гипероксические (до 35%-40% кислорода) во вдыхаемом воздухе. А наличие дополнительных приборов – спирометра и пульсоксиметра, датчика ЭКГ для определения вариабельности сердечного ритма и контроля смещения сегмента ST, позволяет вести определение многих функциональных показателей, позволяющих оценивать и контролировать состояние организма пациентов.

Возможность приспособления организма к пониженному парциальному давлению кислорода во вдыхаемом воздухе и применение адаптации к нему для повышения работоспособности известны с давних времен. Однако физиологические, биохимические и морфологические механизмы этого процесса стали изучаться лишь немногим более 100 лет тому назад. Исследованиями Н.Н.Сиротинина была доказана высокая эффективность адаптации к гипоксии в условиях среднегорья для повышения умственной и физической работоспособности спортсменов высокой квалификации, больных анемией, бронхо-легочными заболеваниями, кататонической формой шизофрении.

Лечебное действие гор было известно с древних времен. Медики в ХIХ и начале ХХ веков использовали горные курорты для лечения больных туберкулезом. Важнейшими особенностями горного климата являются сниженное атмосферное давление и парциальное давление кислорода, содержание в воздухе большого количества отрицательно заряженных аэроионов, высокие ультрафиолетовая радиация и чистота воздуха. Именно они оказывают разностороннее воздействие на организм человека. Стало известно, что горная климатотерапия является наиболее активной их всех видов климатотерапии. Она используется в настоящее время для лечения различных заболеваний.

В горах в процессе адаптации к гипоксии увеличивается мощность и экономичность функциональной системы дыхания, возрастает эффективность использования кислорода. Высокогорная гипоксия является фактором, способствующим восстановлению в периферической крови онкологических больных уровня лейкоцитов и тромбоцитов, сниженного вследствие побочного действия противоопухолевой лучевой и цитостатической терапии. У пациентов в горах увеличивается количество ретикулоцитов, эритроцитов, возрастает содержание гемоглобина. Нарушение обмена кислорода в различных органах и тканях организма-опухоленосителя по мере злокачественного роста опухоли отмечено рядом авторов. Изучение влияния горного климата на течение патологического процесса представляет интерес для исследователей различного профиля, поскольку в горах многие заболевания имеют определенные особенности развития.

Важным являются сведения о том, что заболеваемость злокачественными опухолями снижается по мере увеличения высоты местности над уровнем моря [12]. Гипоксия стимулирует функцию костного мозга, усиливая гемопоэз. Она вызывает у больных бронхиальной астмой увеличение уровня адренокортикотропного гормона в сыворотке крови, усиление синтеза глюкокортикоидных гормонов. Под влиянием лечения гипоксией у больных наступает усиление анаэробного гликолиза. В среднегорных и высокогорных условиях применяется гипоксическая тренировка пациентов при лечении таких заболеваний, как бронхиальная астма, гипопластические и железодефицитные анемии, хронические лейкозы, гипертоническая болезнь и др. Основным компонентом высокогорного климата является гипобарическая гипоксия.

Нормобарическая гипокситерапия - один из вариантов предложенного еще в 50-е годы Н.Н. Сиротининым метода использования адаптации к гипоксии в терапии, гигиене труда и спорте. Метод использования адаптации организма к гипоксии в условиях нормального парциального давления кислорода (РО2) во вдыхаемом воздухе, предложенный Р.Б.Стрелковым [24,32], был использован А.Я.Чижовым, Ю.М.Карашом [29], назвавших его – «нормобарическая прерывистая гипоксическая терапия». По оценке Минздрава РФ, гипоксическая терапия и гипоксическая тренировка позволяют снизить в этих случаях заболеваемость в 2,5-4 раза, что служит веским основанием для применения метода в практике реабилитационной медицины.

Термин «интервальная» подразумевает, что гипоксическую газовую смесь вдыхают не непрерывно, а с интервалами строго определенной длительности, во время которых пациент дышит обычным воздухом, содержащим 20,9 % кислорода, либо воздухом с повышенным содержанием кислорода до 40%. Интервалам придается большое значение, так как в эти строго ограниченные временные периоды при нормальном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе создаются условия для осуществления синтеза белковых соединений, что обусловливает конструктивное действие ИГТ.

Во время курса ИГТ тренируются органы внешнего дыхания, кровообращения, кроветворения, тканевые и молекулярные механизмы, обеспечивающие доставку кислорода к клеткам и утилизацию кислорода в митохондриях, т.е. тренируются системы организма, осуществляющие компенсацию снижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, его напряжения в артериальной крови и в тканях [13,14,5].

Интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ) успешно применяется при таких заболеваниях как: бронхиальная астма, хронический бронхит, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, аллергии, железодефицитной анемии и др.

ИГТ оказалась эффективным средством лечения и реабилитации больных с хроническими неспецифическими заболеваниями женской половой сферы, профилактики осложнений беременности, подготовки к родам беременных группы высокого риска, сохранения их полноценного потомства.

Как показали проведенные нами с И.Х.Борукаевой исследования, у всех больных хроническим обструктивным бронхитом улучшились показатели состояния функциональной системы дыхания: увеличились дыхательный и минутный объемы дыхания, альвеолярная вентиляция. Увеличилась доля альвеолярной вентиляции в минутном объеме дыхания, что наряду с ростом дыхательного объема, обусловило увеличение диффузионной поверхности легких, которая возросла на 15%.

При одновременном применении адаптации к гипоксии в курсе интервальной гипоксической тренировки и энтеральной оксигенотерапии происходит улучшение всех звеньев функциональной системы, что отразилось на нормализации кислородного режима организма больных. Выявлено улучшение обеспечения кислородом организма на всех этапах его массопереноса и повышение потребления кислорода тканями, что привело к нормализации показателей конденсата выдыхаемого воздуха и состояния прооксидантной и антиоксидантной систем. В результате улучшилось клиническое течение астмы, увеличилось время ремиссии.

Результаты адаптации к гипоксии в гинекологии свидетельствуют о положительном влиянии на характер изменений функции яичников, на нормализацию состояния больных сальпингоофоритом. Высокая эффективность ИГТ отмечается с целью подготовки к беременности у женщин с отягощенным акушерским анамнезом и сосудистой патологией, для профилактики и лечения преэклампсии у женщин группы высокого риска развития преэклампсии во второй половине беременности, а также для предотвращения осложнений в родах и рождения здорового потомства [8]. Изменения в плаценте способствуют активизации газообмена и транспорта метаболитов через плацентарный барьер.

Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка — эффективное терапевтическое средство. Высокая эффективность ИГТ обусловливается тем, что в процессе адаптации к гипоксии происходит усиление деятельности всех компенсаторных механизмов. Еще в ХIХ веке Поль Бэр обратил внимание на увеличение содержания гемоглобина в крови. Всеми последующими исследователями, в том числе и нашими, этот факт был подтвержден. Увеличение содержания гемоглобина в крови наряду с увеличением дыхательного и минутного объема дыхания, отношения альвеолярной вентиляции к вентиляции легких, повышения насыщения артериальной крови кислородом, а также напряжение кислорода в ней обусловливают лучшее снабжение тканей и клеток кислородом. Активизация дыхательных ферментов в митохондриях способствует более полной утилизации кислорода тканями из крови.

К физиологическим механизмам адаптации органов и функциональной системы дыхания относятся:

улучшение вентиляционно-перфузионных отношений, которое обусловлено ростом дыхательного объема и увеличением кровоснабжения альвеол во всех долях легких в результате повышения давления в легочной артерии,
увеличение диффузионной поверхности легких и повышение их диффузионной способности,
увеличение и перераспределение кровотока, усиление кровоснабжения в жизненно важных органах при снижении кровотока в опорном аппарате,
урежение сердечного ритма и увеличение ударного сердечного выброса,
увеличение количества эритроцитов в циркулирующей крови.

Если в адаптации к краткосрочному действию гипоксии роль пускового механизма играют физиологические механизмы, то адаптация к длительному действию низкого рI02 на организм начинается с ускорения транскрипции и трансляции генов синтеза эритропоэтина, мио- и гемоглобина, белков дыхательных ферментов митохондрий, а при адаптации к гипоксии нагрузки - мышечных белков [30]. В последние десять лет получены новые данные об адаптации к гипоксии на уровне генома. Доказано действие особого индуцируемого гипоксией фактора (HIF-1) на экспрессию генов синтеза эритропоэтина.

Адаптация к гипоксии на уровне субклеточных структур, клеток происходит за счет

увеличения количества митохондрий и крист в митохондриях,
синтеза дыхательных белков и активизации ферментов дыхательной цепочки митохондрий, способствующих повышению аэробной производительности организма и повышению порога анаэробного обмена.

Итак, метод гипокситерапии не является методом лечения или профилактики какого-то специфического заболевания. Это метод повышает неспецифическую резистентность организма, благодаря чему достигается эффект лечения и профилактики многих заболеваний, устойчивость организма к различным неблагоприятным воздействиям, повышение физической и умственной работоспособности.

Основой в механизме действия газовых гипоксических смесей является усиление транспорта кислорода к тканям, а также тренировка ферментативных процессов биологического окисления и воспроизводство макроэргических соединений. Это ведет к активации всей группы антиоксидантных ферментов. Таким образом, перспективность продолжения исследований в этом направлении несомненна, учитывая простоту лечебной процедуры и отсутствие каких-либо побочных эффектов.

У спортсменов интервальная гипоксическая тренировка является эффективным заменителем тренировок в горах, она позволяет адаптироваться к низкому РО2 во вдыхаемом воздухе в течение более короткого периода времени и более простыми и доступными средствами. Курс ИГТ, проведенный в соревновательный период, способствует повышению аэробной и анаэробной производительности, а в сочетании с традиционной спортивной тренировкой — общей и специальной работоспособности, улучшению спортивных результатов. Курс ИГТ может служить эффективным средством реабилитации после соревнований. Наконец, ИГТ может быть применен как метод подготовки к соревнованиям в горных условиях.

При дальнейших исследованиях было доказано, что гипоксическое и стрессорное воздействие являются составной частью многих патологических состояний. Неоднократно доказана роль активных форм кислорода (АФК) в этих процессах, поэтому важной задачей биологии и медицины является поиск способов защиты от таких повреждающих факторов.

В настоящее время в связи с ограничением эффективности применения экзогенных антиоксидантов, ведется поиск новых способов адаптации, позволяющих повысить ее эффективность, сократить сроки формирования адаптационного ответа, уменьшить побочные реакции. Разрабатываются режимы более мягкого стрессорного или гипоксического воздействия. Большое внимание уделяется изучению эффектов перекрестной адаптации и адаптации к нескольким факторам одновременно.

В основе действия ИГТ лежат механизмы, которые включают в себя как собственно адаптацию к гипоксии, так и воздействие периодов реоксигенации в момент возвращения к дыханию воздухом с нормальным содержанием кислорода. Уровень кислорода при сеансах нормоксии является относительно повышенным для организма, только что перенесшего влияние гипоксии. Как известно, в момент реоксигенации в клетке происходит индукция АФК, которые, в свою очередь, способны оказать повреждающее действие и/или запустить каскад редокс-сигнального пути в клетке, направленные, в том числе, и на формирование адаптационного ответа, т.е. повышение резистентности.

К настоящему времени показано, что помимо известной роли избыточного уровня активных форм кислорода в развитии патологических состояний, образование активных форм кислорода и инициация свободнорадикальных процессов является естестественным, физиологическим процессом, постоянно протекающим в организме. При этом главными физиологическими функциями АФК являются: окисление поврежденных молекул с целью их дальнейшей утилизации.

В последние годы активно изучается роль редокс-сигнализации и АФК-зависимой внутриклеточной системы передачи внешнего сигнала к клеточному ядру с последующей инициацией синтеза белков. Благодаря АФК, инициирующих редокс-сигнализацию, в отсутствие специфических рецепторов развивается клеточный ответ на действие гипоксии, окислителей и восстановителей. Помимо этого, медиаторы, действие которых опосредовано специфическими рецепторами - гормональными, цитокиновыми, также активируют неспецифическую редокс-сигнализацию и участвуют в перекрестной активации и взаимодействии рецепторов, что является основой перекрестных эффектов адаптации, при которых тренировка к одному повреждающему фактору повышает резистентность организма к действию другого фактора.

Важнейшим следствием инициации редокс-сигнализации является активация факторов транскрипции: NF-kB, АР-1 [29], HIF-1a, HIF-3a [31, 20], индуцирующих защитные белки и способствующих адаптации и выживаемости организма. Основными белками ответа на АФК-сигнал при стрессе, гипоксии, ишемии являются ферменты антиоксидантной защиты, белки семейства HSP, Fe-регулируюшие белки, ферменты репарации, пероксиредоксины. В результате редокс-сигнализация приводит к насыщению клетки молекулами, повышающими ее защиту от повреждающих воздействий, причем эндогенная, т.е. сформировавшаяся в самой клетке защита гораздо эффективней внешней, с помощью экзогенных добавок.

Поступающий при адаптации к периодической гипоксии свободнорадикальный сигнал вызывает повышение резистентности клеток к действию самых различных повреждающих факторов, в том числе и АФК-опосредованных. Это было показано при действии стресса, физической тренировке, холодовой адаптации, применении пищевых адаптогенов или диеты, обогащенной субстратами окисления – ПНЖК n-3 класса, а также другом виде интервальной гипоксической тренировки – гипобарической, также имеющей выраженный мембраностабилизирующий эффект и повышение резистентности.

В последние годы в эксперименте было показано, что длительное применение адаптации к интервальной нормобарической гипоксии повышает резистентность мембран сердца, печени и коры головного мозга к действию АФК. По всей видимости, это и объясняет перекрестный эффект, который оказывает адаптации к интервальной гипоксии на физическую выносливость организма. Что доказывается хорошими результатами применения нормобаричекой прерывистой гипоксии в спорте.

Ясно, что одним из важнейших вопросов, стоящих перед специалистами в области адаптационной медицины, является вопрос о длительности адаптации, о том эффективном минимуме сеансов тренировки к изменению уровня кислорода, которого достаточно для формирования устойчивого адаптационного эффекта, что важно как в лечебной, так и в клинической практике.

Подборка статей по теме (место для вывода блока в теле текста)

Однако формирование защитного эффекта при адаптации к гипоксии-нормоксии за более короткое время требует углубления гипоксии, увеличения АФК-сигнала, что ведет к избыточному синтезу защитных белков и, тем не менее, зачастую, отсутствию ограничения повышенной интенсивности АФК-процессов, что было продемонстрировано при изменении режима адаптации в сторону более низких уровней процентного содержания кислорода в гипоксические периоды.

Для увеличения АФК-сигнала без побочных эффектов было предложено использовать периоды умеренной гипероксии, вместо периодов нормоксии при адаптации к изменению уровня кислорода, что привело к увеличению дельты изменения уровня кислорода в 2 раза от стандартной гипоксии-нормоксии, приводя к закономерному усилению АФК-сигнала без углубления гипоксической составляющей. При тестировании в экспериментальных моделях нового вида адаптации к гипоксии и умеренной гипероксии [4], оказалось, что по сравнению с классической адаптацией к гипоксии-нормоксии, новый метод отличается более ранним повышением резистентности мембранных структур сердца, печени и коры головного мозга, что означает иными словами феномен укорочения с помощью гипоксии-гипероксии времени достижения стадии долговременной адаптации.

Действительно, если адаптация к гипоксии-нормоксии имела положительные защитные эффекты через 3-4 недели, подобный, а зачастую более выраженный эффект достигался не позднее, чем за 2 недели. Эксперименты последних двух лет свидетельствуют о том, что подобным действием характеризуется и более короткий сеанс адаптации – 8-10 дней, что еще больше расширяет область применения нового способа тренировок.

Именно на этих принципах были сформулированы основные положения создания гипоксиктора, дающего не только гипоксические смеси, но и гипероксические (до 40% кислорода во вдыхаемом воздухе).

В отечественной литературе в работах была использована данная методика в коррекции индивидуальных компонентов метаболического синдрома. Установлено, что применение гипо-гипероксических тренировок приводит к значительному снижению массы тела пациентов преимущественно за счет уменьшения жировой массы, что сопровождалось снижением уровня общего холестерина, глюкозы плазмы, оптимизацией артериального давления, повышением физической выносливости, улучшением психологического статуса.

Для всех обследуемых лиц разного возраста режимы ИГТ подбираются по показателям гипоксического теста. Гипоксический тест (ГТ) позволяет судить о чувствительности организма к гипоксии и его реакции на снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе по таким показателям, как изменения парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и напряжение кислорода в артериальной и смешанной венозной крови, активность компенсаторных механизмов, ответственных за повышение скорости поэтапной доставки кислорода кровью, и снижение потребления кислорода на протяжении гипоксического воздействия.

А вот наличие в аппарате дополнительных приборов – спирометра, пульсоксиметра и датчика ЭКГ, позволяет проводить определение многих функциональных показателей: дыхательного объема, минутного объема дыхания, его частоты, максимальной вентиляции легких, частоты сердечных сокращений, периферической сатурации, вариабельности сердечного ритма и смещения сегмента ST.

Перечисленное позволяет предложить использовать гипоксикатор не только для проведения ИГГТ, но и в качестве диагностического прибора, позволяющего оценивать и контролировать состояние организма пациентов. Выяснилось, что адаптация к сочетанному применению гипоксии и гипероксии обладает выраженным защитным эффектом и адаптационный эффект достигается значительно раньше, чем при использовании для адаптации только периодов гипоксии.

Заключение

Таким образом, нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка является универсальным и эффективным методом профилактики и лечения самых различных заболеваний. Это позволяет надеяться, что за счет преимуществ, а именно сочетания гипоксии и гипероксии, метод окажется более эффективным.