Способ повышения адаптационных возможностей организма человека

Изобретение относится к области медицины, в частности - профилактической и восстановительной медицине, и направлено на повышение общей неспецифической резистентности организма человека к воздействиям экстремальных физических и психоэмоциональных нагрузок и неблагоприятных факторов внешней среды, сопровождаемых гипоксической гипоксией, а также на сокращение затрат времени, необходимого для полного срочного и отставленного восстановления после их воздействия и может быть использовано в системе медицинского обеспечения представителей опасных профессий.

В настоящее время в мировой практике особое внимание уделяется разработкам немедикаментозных методов и средств для максимального использования резервов функциональных систем организма не только без негативных побочных эффектов, но и повышающих профессиональное долголетие работников.

Известна возможность использования для повышения резистентности организма к экстремальным нагрузкам и воздействиям неблагоприятных факторов внешней среды, в том числе - гипоксической гипоксии, прямых и перекрестных эффектов адаптации при возмущающих воздействиях, вызывающих определенные сдвиги внутренней среды организма. В ответ организм реагирует мобилизацией функциональных резервных механизмов, сглаживающих и компенсирующих возможные нарушения гомеостаза. Циклическим чередованием фаз возмущающих воздействий определенной длительности и интенсивности с фазами восстановления организма возможно достижение долговременной адаптации организма к воздействиям экстремальных физических и психоэмоциональных нагрузок и неблагоприятных факторов внешней среды (1 - Глазачев О.С. Технологии коррекции психофизиологических функций и повышения резервов здоровья человека: реализация принципов адаптационной медицины. - Вестник международной Академии Наук (русская секция), 2013, 1 стр. 45).

Известны способы повышения адаптационных возможностей организма с использованием в качестве таких возмущающих воздействий физических тренировок с нарастающими статическими и динамическими нагрузками (2 - Коц Я.М. Спортивная физиология. - М.: Физкультура и спорт, 1986. - с. 121-166), дыхания атмосферным воздухом в гипобарических условиях, дыхания атмосферным воздухом в нормобарических условиях с пониженным содержанием кислорода при проведении гипоксических тренировок (ГТ), интервальных гипоксических тренировок (ИГТ), а также интервальных гипоксически-гипероксических тренировок (ИГГТ), при которых для дыхания используется воздух с пониженным и с повышенным содержанием кислорода (3 - Благинин А.А., Жильцова И.И., Михеева Г.Ф. Гипоксическая тренировка как метод коррекции пограничных функциональных состояний организма операторов сложных эргатических систем: - Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2015. - с. 16).

Недостатком способа повышения адаптационных возможностей организма путем только физических тренировок является значительная продолжительность тренировочного процесса, обусловленная требованием соблюдения важнейших тренировочных принципов: регулярности, доступности и постепенности. Кроме того, при значительных статических и динамических нагрузках, необходимых для достижения тренирующего эффекта, резервы организма могут оказаться исчерпанными без повышения уровня адаптационных возможностей. Более того, при неадекватном восстановлении после каждого из циклически повторяющихся в процессе тренировки нагрузочных воздействий не исключена вероятность срыва адаптации.

Реализация способов повышения адаптационных возможностей организма путем гипобарической гипоксии возможна подъемом тренируемых на соответствующую высоту над уровнем моря, либо имитацией подъема с использованием гипобарических барокамер. Практическое применение к настоящему времени нашел барокамерный способ (4 - патент №2098867, G09B 23/00). Однако этот способ, изначально ориентированный на применение в авиационной медицине, требует дорогостоящего оборудования с обученным штатным техническим и медицинским персоналом, наличия индивидуального высотного снаряжения, и, что немаловажно, не исключает риски негативных последствий тренировки. Отмеченные особенности использования барокамерного способа обусловливают определенные ограничения на его широкое использование, и, следовательно, могут расцениваться как недостатки.

Известны также получившие достаточно широкое распространение способы гипоксических тренировок, простейшими и наименее материально затратными образцами которых являются гипоксические тренировки с задержкой дыхания (5 - патент 2286128, А61Н 33/06 (2006.01), А61В 5/02 (2006.01)), а также с дыханием через дополнительное «мертвое» пространство (6 - патент 2396987, А61М 16/00 (2006.01)). Общим существенным недостатком этих способов является использование усредненных режимов тренировки с незначительными вариациями, исходя из формализованных рекомендаций по учету индивидуальных особенностей регуляторных систем организма. При этом отсутствует объективный контроль за важнейшими показателями состояния регуляторных систем организма (ПС РСО) до тренировки, изменений их в процессе тренировки и по ее завершению, что затрудняет достижение устойчивого эффекта повышения адаптационных возможностей организма.

Общим недостатком наиболее распространенных в настоящее время вариаций способов ИГТ и ИГГТ, основанных на принципе использования нормобарического атмосферного воздуха с пониженным и с повышенным содержанием кислорода, и различающихся лишь способами его получения и подачи пациенту (7 - патент 2121854, А61М 016/10 (2006.01)), является их невысокая эффективность при использовании в целях достижения длительной адаптации, в значительной мере зависящая от индивидуальных особенностей и состояний регуляторных систем организма тренируемого.

Известны также способы совместного применения гипоксических и физических воздействий, с присущим им синергетическим эффектом, включающие проведение физических тренировок в гипобарической среде в условиях среднегорья, (8 - Суслов Ф.П., Е.Б. Гиппенрейтер, Ж.К. Холодов. Спортивная тренировка в условиях среднегорья. - М.: 1999. - c. 20-28). Недостатком этих способов являются отсутствие практической возможности оперативного управления параметрами гипоксического воздействия, высокие материальные затраты, связанные с необходимостью создания тренировочных баз в горной местности, значительные финансовые затраты на обеспечение пребывания тренируемых на этих базах, большая продолжительность тренировочного процесса.

Способ повышения работоспособности человека путем ингаляции газовой смесью ксенона, гелия и кислорода в течение не более 2-3 мин «до эйфории» (9 - патент 2466750, А61М 016/10), исключает возможность формирования длительной адаптации к физическим нагрузкам из-за отсутствия тренирующего воздействия и обеспечивает лишь кратковременный эффект повышения работоспособности.

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым за прототип, является способ повышения неспецифических адаптационных возможностей человека путем ИГГТ с использованием гипоксических и гипероксических газовых смесей, в котором после определения индивидуальной чувствительности пациента к гипоксии-гипероксии путем проведения гипоксического теста проводят курс гипоксически-гипероксических тренировок, в которых чередуют 5-тиминутные нормобарические гипоксические воздействия с 5-тиминутными гипероксическими воздействиями, при этом осуществляют 5 процедур в каждой по 6 циклов чередования с гипоксическим воздействием смесью с содержанием кислорода 11% с последующим воздействием в течение 5 процедур гипоксической смесью с содержанием кислорода 10%, а гипероксические воздействия осуществляют смесью с содержанием кислорода 30% (10 - патент RU 2289432, А61М 016/10 - прототип).

Основными недостатками способа прототипа является то, что проведение ИГГТ с использованием для контроля текущего состояния регуляторных систем организма только показателей ЧСС и SpO₂ исключает возможности адекватного оперативного управления процессом тренировки, затрудняет принятие обоснованных решений по продолжительности проводимого сеанса, силе гипоксических воздействий, не позволяет объективно оценивать достаточность и полноту текущего и срочного восстановления. Более того, проведение ИГГТ без мониторинга ПС РСО с априори заданными фиксированными параметрами сеанса не может обеспечить одинаковые эффективность и безопасность дыхательной тренировки для лиц с различными уровнями физической подготовки и состояния функциональных систем организма. Использование в качестве тренирующего единственного вида воздействия - гипоксической гипоксии при дыхании кислородно-азотной смесью, продуцируемой концентратором кислорода, обусловливает изложенные выше недостатки, присущие таким методам.

Технический результат изобретения - эффективное повышение неспецифической резистентности организма человека с достижением долговременной адаптации к экстремальным физическим нагрузкам и неблагоприятным воздействиям внешней среды с учетом индивидуальных возможностей функциональных систем организма.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе повышения адаптационных возможностей организма человека к воздействиям физических нагрузок и неблагоприятных факторов внешней среды, включающем предварительное определение индивидуальной чувствительности пациента к гипоксии путем гипоксического воздействия с измерением частоты сердечных сокращений (ЧСС) и содержания оксигемоглобина в артериальной крови (SpO₂), и осуществления курса интервальных нормобарических гипоксически-гипероксических тренировок (ИГГТ), согласно изобретению, сеансы ИГГТ проводят с использованием предварительно изготовленных подогреваемых до температуры 50°C, измеренной в полости лицевой маски, дыхательных смесей: гипоксических, состоящих из кислорода 8% об, CO₂ не более 5% об, инертные газы - остальное, и гипероксических, содержащих не менее 25% об. кислорода, инертные газы - остальное, чередуя фазы дыхания гипоксической и гипероксической смесями по сигналу биологической обратной связи по SpO₂ и ЧСС; продолжительность курса ИГГТ составляет не менее четырех недель с частотой проведения одного сеанса ИГГТ продолжительностью 30 мин в сутки, в течение которых дополнительно проводят не менее трех физических нагрузок и двух дополнительных сеансов дыхания подогреваемыми гипероксическими смесями (ДГС) кислорода с инертными газами, идентичными гипероксическим смесям, используемым в ИГГТ; предварительно дополнительно определяют путем многоступенчатой велоэргометрической пробы исходные показатели физической работоспособности организма (ФР) - PWC₁₇₀, максимальное потребление кислорода V_O2max, скорость прироста величины потребления кислорода ΔV_O2, анаэробный порог АП, которые принимают за базовые; в покое при дыхании атмосферным воздухом на протяжении 5 минут регистрируют кардиоинтервалограмму (КИГ) с измерением длительности R-R интервалов с точностью до 1 мс, вычисляют показатели вариабельности ритма сердца, являющиеся показателями состояния регуляторных систем организма (РСО), которые принимают за базовые; задают граничные величины SpO₂min, ЧСCmax для проведения нормобарической гипоксической пробы, при этом нормобарическую гипоксическую пробу проводят дыханием подогреваемой газовой смесью, содержащей кислорода 8% об, инертные газы - остальное, до достижения в зависимости от первоочередности значений SpO₂min либо ЧСCmax, с регистрацией КИГ, вычисляют показатели состояния РСО, проводят сравнительный анализ показателей состояния РСО с идентичными базовыми, по результатам назначают физические нагрузки с учетом базовых показателей физической работоспособности, граничные величины SpO₂min, ЧСCmax и состав дыхательных смесей для первого сеанса курса ИГГТ, который проводят перед второй физической нагрузкой, с регистрацией КИГ, один из дополнительно введенных сеансов ДГС проводят длительностью 25 мин после первой физической нагрузки, а другой, длительностью 10 мин, - после третьей физической нагрузки; после чего вычисляют показатели РСО, проводят сравнительный анализ полученных показателей РСО с идентичными базовыми, по результатам назначают физические нагрузки, граничные величины SpO₂min, ЧСCmax, состав дыхательных смесей сеанса ИГГТ и режимы сеансов ДГС на последующие сутки, в которых сравнительный анализ показателей РСО проводят с идентичными, полученными в предшествующие сутки; в последние сутки определяют показатели ФР, идентичные базовым, сравнивают полученные показатели с базовыми, а оценку уровня повышения адаптационных возможностей организма человека осуществляют по возрастанию значений показателей V_O2max, ΔV_O2, PWC₁₇₀, АП относительно базовых.

На фиг. 1 представлена блок-схема алгоритма осуществления способа. Номера блоков приведены для первых и последних суток (для остальных суток - идентичны первым).

Способ осуществляется следующим образом.

Перед осуществлением способа повышения адаптационных возможностей организма человека проводят медицинское обследование индивидуума для оценки исходных показателей физической работоспособности (ФР) и показателей состояния регуляторных систем организма (РСО) (бл. 1).

Оценка показателей физической работоспособности осуществляется методом многоступенчатой велоэргометрической пробы со ступенчато возрастающей нагрузкой, по результатам которой рассчитывают показатели физической работоспособности: PWC₁₇₀, максимальное потребление кислорода V_O2max, скорость прироста величины потребления кислорода ΔV_O2 и анаэробный порог АП. Полученные исходные показатели принимают за базовые и используют в качестве интегральных показателей, характеризующих адаптационные возможности организма.

Для получения базовых значений показателей РСО проводят в покое в положении обследуемого лежа в спокойной обстановке при дыхании атмосферным воздухом на протяжении пяти минут мониторинг показателей состояния кардиореспираторной системы организма (КРС) - частоты дыхания ЧД, минутной вентиляции легких V_E, содержания диоксида углерода в конце выдоха FetCO₂, артериального давления АДсист и АДдиаст, SpO₂, ЧСС; регистрируют кардиоинтервалограмму (КИГ) с измерением длительности R-R-интервалов с точностью до 1 мс. Проводят анализ полученного динамического ряда R-R интервалов методами вариационной пульсометрии и корреляционной ритмографии, при этом вычисляют показатели вариабельности ритма сердца (ВСР), имеющие наибольшую факторную значимость, такие как: ИН (индекс напряжения регуляторных систем), SDNN (среднее квадратическое отклонение), pNN50 (процент соседних кардиоинтервалов, отличающихся более, чем на 50 мс), индексы Каплана (индекс дыхательной модуляции ИДМ, индекс медленноволновой аритмии ИМА, индекс симпатико-адреналового тонуса CAT), строят интервальную гистограмму и скаттерограмму.

Вычисленные показатели ВСР, отражающие текущее функциональное состояние организма и его адаптационный потенциал, являются показателями состояния регуляторных систем организма, принимаются за базовые показатели РСО (бл. 2). Исходя из них назначают индивидуальные граничные величины SpO₂min, ЧСCmax, состав гипоксической газовой смеси с содержанием кислорода 8% об., инертные газы - остальное, для проведения нормобарической гипоксической пробы.

Показатели кардиореспираторной системы организма (КРС) рекомендуется использовать для оперативного контроля текущего состояния организма в целях повышения безопасности проведения гипоксической пробы и сеансов ИГГТ (бл. 3).

С целью оценки исходных адаптационных возможностей организма к возмущающим воздействиям проводят нормобарическую гипоксическую пробу.

Гипоксическая проба проводится в спокойной обстановке в положении обследуемого лежа с мониторингом показателей КРС и регистрацией КИГ, идентичным базовым. Осуществляется дыханием через закрытую лицевую маску подогреваемой до температуры 50°C, измеренной в полости маски, гипоксической смесью. Продолжительность гипоксического воздействия определяется временем достижения (в зависимости от первоочередности события) значений SpO₂min либо ЧСCmax, после чего на дыхание подается атмосферный воздух в течение времени, необходимого для восстановления исходных значений SpO₂. После завершения вычисляют показатели РСО методом, аналогичным вычислению базовых показателей РСО. По результатам гипоксической пробы оценивают функциональное состояние организма, исходя из соответствия полученных оценок существующим нормам и проводят сравнительный анализ полученных показателей РСО с идентичными базовыми (бл. 4). По результатам сравнения назначают (бл. 5) граничные величины SpO₂min, ЧСCmax и состав дыхательных смесей для проводимого в последующие сутки первого сеанса курса ИГГТ, режимы дыхания гипероксическими смесями кислорода с инертными газами (ДГС), проводимыми в целях форсированного восстановления функциональных систем организма (результат с бл. 4), интенсивность физических нагрузок с учетом базовых показателей физической работоспособности (результат с бл. 1).

В первые сутки курса непосредственно после первой (утренней) физической нагрузки (бл. 6) проводят сеанс ДГС (бл. 7), при котором осуществляют дыхание через лицевую маску подогреваемой до температуры 50°C, измеренной в полости маски, гипероксической смесью, содержащей не менее 25% об. кислорода, инертные газы - остальное (по результатам бл.5). Продолжительность сеанса 25 минут.

За 40 мин перед второй физической нагрузкой (бл. 9), спустя три часа после завершения первого сеанса ДГС, проводят (бл. 8) первый сеанс курса ИГГТ с использованием предварительно изготовленных подогреваемых до температуры 50°C, (измеренной в полости лицевой маски) дыхательных смесей: гипоксических, состоящих из кислорода 8% об., СО₂ не более 5% об., инертные газы - остальное, и гипероксических, содержащих не менее 25% об. кислорода, инертные газы - остальное.

В отличие от прототипа чередование фаз дыхания гипоксической и гипероксической смесями осуществляется по сигналу биологической обратной связи по SpO₂ и ЧСС: гипоксическая фаза длится до достижения (в зависимости от первоочередности) граничных значений SpO₂min либо ЧСCmax (так называемых порогов переключений), после чего на дыхание подается гипероксическая смесь до достижения индивидуального исходного значения SpO₂ (верхнего порога переключений). Изменение величин порогов переключений в процессе сеанса дает возможность оперативной корректировки процессов гипоксического воздействия и последующего восстановления состояния организма в гипероксической фазе.

Сеанс ИГГТ проводится в спокойной обстановке в закрытом помещении в положении индивидуума лежа с мониторингом показателей КРС и регистрацией КИГ, идентичным базовым. Продолжительность сеанса 30 мин. Продолжительность курса ИГГТ, сочетаемого с физическими нагрузками и сеансами ДГС, составляет не менее четырех недель.

После сеанса ИГГТ проводится вторая и затем в конце дня третья физическая нагрузка (бл. 9 и 10), величина интенсивности которых выдается из бл. 5.

После третьей физической нагрузки проводят в течение 10 минут сеанс ДГС (бл. 11), аналогичный первому сеансу ДГС (бл. 7).

После завершения второго сеанса ДГС (бл. 11) текущих суток индивидуум отдыхает. Проводят анализ КИГ, полученной при проведении сеанса ИГГТ текущего дня (бл. 9), вычисляют показатели состояния РСО (бл. 12), идентично вычислению базовых, проводят сравнительный анализ полученных показателей РСО с базовыми (бл. 13), по отклонению полученных показателей корректируют по результатам сравнения физические нагрузки, назначают граничные величины SpO₂min, ЧСCmax, состав дыхательных смесей сеанса ИГГТ и режимы сеансов ДГС на последующие сутки (бл. 14).

В последующие сутки и до завершения курса алгоритм проведения способа повышения адаптационных возможностей организма человека (сеансов ИГГТ, физических нагрузок и сеансов ДГС) идентичен алгоритму первых суток за следующим исключением: сравнительный анализ показателей РСО, получаемых в бл.12 во вторые и последующие сутки, проводится не с базовыми показателями РСО (бл. 4), а с показателями, полученными в предшествующие сутки в бл. 12.

В последние сутки определяют показатели физической работоспособности PWC170, V_O2max, ΔV_O2, АП (бл. 15), идентичные базовым (бл. 1), сравнивают эти показатели (бл. 16) и делают заключение (бл. 17) об уровне повышения адаптационных возможностей организма человека.

Последовательность осуществления заявляемого способа была опробована на группе в составе семи практически здоровых добровольцев с различными уровнями физической подготовки.

После применения заявляемого способа были достигнуты следующие результаты:

- по показателю PWC170 физическая работоспособность достоверно возросла с базового значения 223 Вт до 261 Вт после первых двух недель (в среднем на 17%) и до 266 Вт после четырех недель (на 19%). Величина показателя PWC170 сохранилась на уровне 248 Вт через два месяца после применения заявляемого способа (превышение 11% по сравнению с базовым);

- V_O2max - показатель максимального потребления кислорода, который наиболее значимо отражает уровень метаболизма в работающих мышцах, после двух недель статистически значимо увеличился с базового значения 44,1 мл/мин/кг до 52,3 мл/мин/кг (в среднем на 19% по сравнению с базовым значением), практически сохранив величину 52,2 мл/мин/кг после четырех недель. Через два месяца величина V_O2max снизилась до 50,1 мл/мин/кг, оставаясь выше базового уровня (в среднем на 14%). Следовательно, организм в целом, кардиореспираторная и мышечные системы сохранили более высокий уровень готовности к выполнению физической работы, что указывает на достижение эффекта долговременной адаптации;

- ΔV_O2 - скорость прироста потребления кислорода в ответ на возрастание нагрузки по сравнению с базовым значением 2,45 возросла после двух недель до значения 2,65 (на 8%), сохраняя это значение на протяжении последующих двух недель и затем спустя два месяца, что свидетельствует о возросшей адаптивности организма к выполнению физической работы;

- АП - анаэробный порог статистически значимо увеличился через две недели с базового значения 167 Вт до 215 Вт (на 29%) для индикатора AП(R=1), что свидетельствует о более высокой работоспособности после двух недель по сравнению с исходным состоянием. Через четыре недели и спустя два месяца показатель AT практически сохранялся без изменений.

Таким образом, совместное применение интенсивных физических нагрузок, сеансов ИГГТ и ДГС при использовании заявляемого способа позволило повысить физическую работоспособность и физическую готовность к выполнению профессиональной деятельности в условиях экстремальных физических нагрузок и неблагоприятных воздействий внешней среды, в том числе сопровождаемых гипоксической гипоксией.

Способ повышения адаптационных возможностей организма человека к воздействиям экстремальных физических нагрузок и неблагоприятных факторов внешней среды может быть рекомендован в системе подготовки лиц опасных профессий и контингентов, приравненных к ним по возможным физическим и психоэмоциональным нагрузкам в профессиональной деятельности.

Способ является безопасным, в том числе при проведении неоднократно повторяемых курсов тренировок.

Авторам не удалось выявить известные технические решения, в которых была бы отражена совокупность существенных признаков способа, изложенная в формуле изобретения и приводящая к получению высокого технического результата - эффективного повышения неспецифической резистентности организма человека с достижением долговременной адаптации к экстремальным физическим нагрузкам и неблагоприятным воздействиям внешней среды с учетом индивидуальных возможностей функциональных систем организма.

Применение изобретения позволит эффективно повышать неспецифическую резистентность организма человека с достижением эффекта долговременной адаптации к экстремальным физическим нагрузкам и неблагоприятным воздействиям внешней среды с учетом индивидуальных возможностей функциональных систем организма и исключением негативных побочных действий.