RAZVITIE MORFOLOGIChESKIKh ISSLEDOVANIY PO PROBLEME VOZDEYSTVIYa NA ORGANIZM GRAVITATsIONNYKh PEREGRUZOK V VOENNO-MEDITsINSKOY AKADEMII im. S. M. Kirova

Abstract

Full Text

Исследования воздействия перегрузок на организм в эксперименте начались задолго до полетов человека в космос. Они были посвящены преимущественно влиянию этого фактора на сердечно-сосудистую систему и выполнялись, в первую очередь, специалистами в области физиологии, имевшими значительный опыт в проведении комплексных исследований как на животных, так и на людях. Основоположниками отечественных научных направлений в этот период явились видные физиологи В. Н. Черниговский, В. В. Парин, В. Н. Яздовский, фундаментальные исследования которых положили начало изучению механизмов адаптации организма вначале к факторам полета, моделируемым в наземных условиях, а затем и в реальных космических полетах. При этом, такому фактору, как гравитационные перегрузки (ГП), уделялось, как правило, первостепенное внимание [65, 77]. Реализация широкомасштабных космических программ, а также развитие реактивной авиации в стране вызвало необходимость изучения влияния факторов авиа-и космических полетов на организм человека. Наряду с НИИ, в эту работу активно включились коллективы учебных заведений страны, еще недавно далекие от проблем авиации и космонавтики. Исследования авиационных врачей, биохимиков, физиологов и клиницистов возбудили интерес к проблеме ГП у специалистов в области функциональной морфологии (гистологов и анатомов). В 50-60-е годы XX столетия появились первые инициативные экспериментальные работы морфологов по исследованию структурных преобразований в различных отделах нервной и сердечно-сосудистой систем при адаптации к ГП. Исследования, проведенные в 1952-1955 гг. профессором кафедры нормальной анатомии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова В. П. Курковским [30, 31], показали, что при остром воздействии перегрузок с вектором «голова- таз» и величиной 6,5-7,1 ед. в нижних грудных, поясничных и крестцовых сегментах спинного мозга обнаруживаются диапедезные кровоизлияния, расширения вен и сужения артерий. Позже указанные данные о влиянии ГП на артериальное русло спинного мозга, были дополнены исследованиями В. Г. Шишовой [76]. Систематическим изучением воздействия гипергравитации стали заниматься сотрудники кафедры анатомии человека I ЛМИ им. И. П. Павлова под руководством проф. М. Г. Привеса [58, 59, 61]. Было изучено влияние ГП с вектором «голова-таз», «таз-голова», «грудь-спина», «спина-грудь» на органы, имеющие неодинаковое расположение по отношению к длинной оси тела животного как переносимых, так и непереносимых, действующих однократно и повторно. Научной школой проф. М. Г. Привеса было исследовано кровеносное русло ряда органов животных: головного и спинного мозга [21, 57, 76], нервов тазовых конечностей [37, 38], паравертебральных узлов и межузловых ветвей симпатического ствола [35]. Р. А. Бардиной и ее учениками исследовано воздействие ГП на кровеносные сосуды желез внутренней секреции [4, 34, 39], стенку аорты [6, 60], почечной вены [27], а также воротной системы печени [11]. В. А. Отеллин показал связь величины, продолжительности и направления действия ГП, способов фиксации экспериментального животного с выраженностью морфологических преобразований, а также влияние тренировок на степень переносимости перегрузок [38]. По материалам перечисленных исследований в 1968 г. был издан сборник «Вопросы авиационной и космической анатомии». Отдельные работы опубликованы в сборниках «Проблемы космической биологии» (преимущественно в 1963 и 1964 г.), а также в журнале «Архив анатомии, гистологии и эмбриологии». Данные некоторых работ легли в основу кандидатских диссертаций, выполненных под руководством М. Г. Привеса, а также докторской диссертации А. К. Косоурова, посвященной воздействию ГП и гипокинезии на строение стенки крупных артерий [29]. Среди других отечественных работ того периода следует отметить исследования состояния нервных элементов интрамуральных сплетений тонкой кишки [36], нервного аппарата предсердий, а также устьев полых вен при остром воздействии поперечно направленных ГП [17, 24]. В целом, установлено, что в различных отделах нервной и сосудистой систем при воздействии ГП происходят структурные преобразования реактивного и дегенеративнодистрофического характера. Проведенные исследования показали, что изучение воздействия ГП в эксперименте является проблемой не только авиационной физиологии, но также важным направлением функциональной морфологии, которое оказалось притягательным для исследователей ряда медицинских вузов страны. В частности, сотрудники кафедры анатомии человека Благовещенского медицинского института исследовали микроциркуляторное русло аорты, а также позвоночного венозного бассейна после воздействия ГП [62, 63]. Следует обратить внимание на разрозненность усилий исследователей: имелись различия в режимах моделируемых воздействий, не всегда производилось достаточное обоснование выбора объекта исследования, существенно различались радиусы центрифуг, практически всегда отсутствовал физиологический контроль за состоянием животных в процессе вращения. Параметры перегрузок (величина, вектор, градиент) нередко выбирались произвольно и не соответствовали тем значениям, которые имеют место в реальном полете. Количественная обработка полученных результатов проводилась редко. Исключением явились работы В. Г. Петрухина и соавт., проводимые в научно-исследовательском институте авиационной и космической медицины, к сожалению, прерванные в начале 70-х годов прошлого столетия [54, 55]. Перечисленные недостатки могли быть устранены лишь в профильном учреждении, имеющем большой опыт изучения экстремальных факторов военного труда. Такого рода исследования были начаты в 1969 г. в стенах кафедры нормальной анатомии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова под руководством проф. Е. А. Дыскина. В этой масштабной работе следует выделить три основных этапа: 1. Разработка адекватной методики моделирования ГП в эксперименте (1969 г.). 2. Создание экспериментальной базы и технического оснащения для вращения животных на центрифуге (1969-1970 гг.). 3. Проведение комплексного морфофункционального исследования состояния нервного аппарата и гемомикроциркуляторного русла в условиях гипергравитации (1969-1987 гг.). Профессора Е. А. Дыскин и Б. М. Савин разработали модель ГП, которая выгодно отличалась от многих, ей предшествовавших [15]. Так, в ранее применявшихся методиках учитывали лишь три компонента перегрузок (величину, продолжительность и направление), тогда как разработанная на кафедре методика позволяла также контролировать градиент нарастания и спада величины ГП. Этот параметр является одним из важнейших показателей гравитационного воздействия. Моделируемый в исследовании градиент составил 0,5-0,6 ед/с, что соответствует реальным условиям полета. Второй важной особенностью данной методики является осуществление контроля за состоянием основных физиологических констант организма животного. С этой целью был использован отечественный двухканальный электрокардиограф «ЭЛКАР» [3, 9, 15, 71]. В 1969 г. для моделирования ГП на кафедре была создана лаборатория, укомплектованная двухплечевой центрифугой с радиусом плеча 1,5 м, позволявшей создавать ускорение, соответствующее перегрузке силой до 10 ед. В исследованиях, проводившихся на протяжении более 10 лет под руководством проф. Е. А. Дыскина, можно выделить три периода: 1. Исследование состояния нервного аппарата и гемомикроциркуляторного русла различных органов животных (кошек) после однократного и повторного воздействия ГП. 2. Выяснение влияния специальных тренировок на реактивность нервных элементов и микрососудов в условиях гипергравитации. 3. Изыскание средств фармакологической коррекции морфологических нарушений, возникающих в процессе повторных воздействий ГП. Сотрудниками кафедры были изучены различные органы после воздействия ГП [2, 9, 13, 25]. Так, Л. П. Тихонова, Н. Н. Залатицкая и И. Ф. Конкин исследовали нервный аппарат стенки глотки, пищевода, желудка, тонкой и толстой кишки, обнаружив в нем широкий спектр преобразований - от реактивных до деструктивных. При этом удалось установить, что изменения нервных волокон, их окончаний в сплетениях тонкой кишки были обратимыми, в то время как в стенке прямой кишки был обнаружен распад отростков нейронов II типа Догеля [25, 26, 72-75]. К сожалению, эти очень интересные данные не были в свое время использованы для изучения механизмов развития заболеваний пищеварительного тракта у летного состава, широко распространенных у этой категории военнослужащих [10]. Среди других работ, выполненных под руководством Е. А. Дыскина, заслуживают внимания исследования изменения чувствительных и автономных интрамуральных узлов [16, 71], а также нервного аппарата стенки полых вен, легочного ствола, дуги аорты и сосудов оболочек головного мозга под действием ГП [2, 3]. Наряду с изменениями в телах нейронов, авторы наблюдали реактивные преобразования («раздражения») кустиковидных рецепторов в стенке сосудов, что служит морфологическим подтверждением представлений физиологов о влиянии необычной по силе и сочетанию импульсации рефлексогенных зон на функции центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Обобщенные результаты исследований о влиянии перегрузок на венозную и нервную системы были доложены Р. А. Бардиной, Е. А. Дыскиным и Л. П. Тихоновой на IX Международном конгрессе анатомов в 1970 г. [5]. Получив данные о реактивности нервных структур после однократного воздействия ГП, коллектив кафедры под руководством Е. А. Дыскина провел исследования их состояния в условиях повторного влияния на организм данного фактора для выяснения вопроса о возможном развитии кумулятивных эффектов ГП [45]. Спектр методических возможностей дальнейшего изучения воздействия ГП на структуры периферической нервной системы к этому времени был расширен благодаря внедрению некоторых гисто-и цитохимических методик доц. Л. П. Тихоновой. Использование этих методик позволило выявить истощение запасов медиаторов (норадреналина и ацетилхолина) преимущественно в афферентных проводниках, а также деструкцию части нервных волокон. Эти изменения авторы объясняли кумуляцией нарушений, вызванных воздействиями ГП [26, 73, 75]. В методический арсенал исследований были включены количественные гисто-и цитоспектрофотометрические, а также статистические методы. Было установлено, что наряду с морфологическими изменениями, в нейронах чувствительных узлов спинномозговых нервов [13], а также чувствительного узла блуждающего нерва и краниального шейного симпатического узла [14] происходят разнонаправленные изменения содержания РНК. Во введении к сборнику работ коллектива кафедры нормальной анатомии «Пластичность нервного аппарата и микроциркуляторного русла при воздействии на организм гравитационных перегрузок» проф. Е. А. Дыскин, подводя итог описанному этапу исследований, отмечал: «Как показывают наши исследования, структурные изменения, возникающие под влиянием экстремальных факторов в различных органах, характеризуются очень часто как реактивные и занимают пограничное положение между нормой и патологией, они как бы выходят за границы классической нормы, но вместе с тем не становятся еще и выраженной патологией. Именно здесь находится та граница, где адаптационная реакция может либо перейти в патологическую, либо вернуться к исходному уровню» [12, с. 5-8]. С целью уменьшения выраженности неблагоприятных воздействий ГП было изучено влияние предварительной тренировки животных. Проведенные исследования показали, что тренировка в виде вращений экспериментальных животных на центрифуге способствует уменьшению количества грубых морфологических изменений в нервном аппарате полых и легочных вен, пищеводе и толстой кишке [12]. Материалы проведенных исследований, касающиеся данной проблемы, наиболее полно отражены в сборнике работ сотрудников кафедры под общей редакцией проф. Е. А. Дыскина «Пластичность нервного аппарата и микроциркуляторного русла при воздействии на организм гравитационных перегрузок», изданном в 1980 г. В заключение сборника проф. Е. А. Дыскин подводит итог результатам работ сотрудников, а также намечает перспективу дальнейших исследований, направленных на повышение устойчивости организма к воздействию гипергравитации. В частности, он пишет: «Мы надеемся достигнуть положительного эффекта, применив средства, повышающие или регулирующие реактивность организма и его структур в определенных пределах, к новым условиям существования» [12, с. 117]. Один из путей достижения этой цели Е. А. Дыскин видел в связи исследований с другими науками и, в частности, с фармакологией. Этот наметившийся третий этап исследований, к сожалению, в то время не получил своего развития. В рамках первого этапа работы была выполнена кандидатская диссертация П. С. Пащенко «Особенности изменений нейронов каудального узла блуждающего нерва и краниального симпатического узла после воздействия перегрузок кранио-каудального направления» [40], в которой описаны структурно-функциональные изменения в системе «нейрон- нейроглия» этих узлов в условиях однократного и повторного воздействия ГП. В последнем случае восстановление являлось более длительным и носило выраженную фазность, которая отмечена также у летчиков-истребителей после нагрузок, связанных с пилотированием высокоманевренных самолетов [45]. В кандидатской диссертации Т. П. Глебушко «Состояние кровеносного русла прямой кишки после воздействия на организм перегрузок в различных режимах» показана динамика структурных преобразований микрососудов прямой кишки, которая подтверждает клинические наблюдения о том, что ГП, действующие с вектором «голова-таз», являются профессионально вредным фактором, способствующим развитию варикозного расширения вен подслизистой основы прямой кишки у летчиков истребительной авиации [9]. Подводя итог исследованиям по проблеме воздействия ГП на нервный аппарат и гемомикроциркуляторное русло, следует отметить, что на кафедре нормальной анатомии ВМА им. С. М. Кирова под руководством проф. Е. А. Дыскина было создано и развито новое направление решения этой научной задачи, включающее творческое взаимодействие морфологов со специалистами в области авиационной физиологии и медицины. Между тем, летный труд в начале 80-х годов претерпел существенные изменения, обусловленные появлением высокоманевренных самолетов новых систем, в которых значение фактора перегрузки, действующей на организм летчика, достигало 9,0 ед. и более, вызывая перенапряжение регуляторных систем организма [56]. Следовательно, назрела необходимость развертывания комплексного многоуровневого исследования влияния систематического воздействия ГП, вызванного практическими запросами авиационной медицины [46]. У летчиков, систематически пилотирующих высокоманевренные самолеты, даже в молодом возрасте диагностируются признаки атеросклероза, обострения язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки и другие заболевания. На возникновение и связь последних c действием ГП имеются прямые указания [10]. Многие заболевания у летного состава обусловлены гиперфункцией симпатического отдела автономной нервной системы, повышением концентрации катехоламинов в крови, вызванных стрессогенным действием перегрузок [68]. Снижение функции некоторых эндокринных органов у летчиков может приводить к развитию адренокортикальной недостаточности (гипокортицизму), гипо-и гипергликемии [43]. Следует отметить, что информативных критериев ранней диагностики клеточной дезадаптации в организме летчика в этот период не существовало. В то же время в практике авиационной медицины нередко возникала потребность определения ферментного статуса клеток регуляторных систем, как дополнительного критерия оценки функционального состояния организма летчика [42]. Основными задачами по разработке данного направления явились: Исследование структуры заболеваемости летчиков, систематически подвергающихся воздействию ГП в процессе профессиональной деятельности. При этом особое внимание необходимо было уделить выяснению роли пилотажных перегрузок в развитии патологии регуляторных систем организма. Разработка адекватной модели воздействия ГП в эксперименте. Проведение комплексных экспериментальных исследований структурно-функциональных преобразований в симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой системах, а также в центральном и периферическом отделах парасимпатической нервной системы, нервном и островковом аппаратах поджелудочной железы. Разработка информативных тестов для своевременного выявления признаков клеточной дезадаптации в органах симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем при длительном воздействии ГП. Исследование возможности применения фармакологических средств профилактики неблагоприятного воздействия ГП. Для решения поставленных задач был обоснован выбор вида экспериментального животного, переоснащено оборудование, учтены адекватные современным пилотажным условиям экспериментальные режимы перегрузок. Исследования полученного материала осуществляли с помощью анатомических, стереометрических, гистологических (количественных), цитохимических и электронномикроскопической методик. Отмеченное сочетание методов исследования позволило в рамках одной работы оценить состояние структур и химических компонентов ядра и цитоплазмы клеток. В период с 1987 по 1993 г. было проведено экспериментальное комплексное исследование структурно-функциональных преобразований в органах симпатико-адреналовой и гипофизарно-надпочечниковой систем после воздействия на организм ГП краниокаудального направления в различные периоды постнатального онтогенеза, а также разработаны информативные тесты для своевременного выявления признаков клеточной дезадаптации у летного состава. Результаты этой работы легли в основу докторской диссертации П. С. Пащенко, защищенной им в 1993 г. [41]. Важным направлением морфологических исследований явилось изучение регуляторных систем организма при воздействии ГП. Описаны структурные преобразования серого вещества спинного мозга на светооптическом и электронномикроскопическом уровнях при остром и систематическом воздействии ГП, позволившие раскрыть патогенез ряда заболеваний, поражающих сегментарные структуры нервной системы [51, 50]. А. Г. Журавлев [18, 41, 67] установил, что развитие деструктивных процессов в клетках коры надпочечников после систематического воздействия ГП сопровождается выделением в его кровеносное русло эфиров холестерола в виде капель с низкой электронной плотностью. Эти данные способствовали расшифровке источников капельных гиперлипидемий в периферической крови у некоторых категорий летчиков. На основе данных эксперимента на животных и обследований летчиков была разработана методика определения у летного состава липофагоцитарной функции лейкоцитов в периферической крови [19]. В сферу научных интересов при исследовании данной проблемы попала и такая малоизученная область ЦНС, как area postrema, участвующая в поддержании гомеостаза. А. Ф. Сухотериным были определены морфометрические параметры структурных компонентов данной области у крыс в норме и после острого и хронического воздействия ГП [80]. В работах многих отечественных исследователей отмечено частое развитие у летчиков высокоманевренной авиации нарушений углеводного обмена. В работах И. В. Захаровой раскрыты структурные преобразования в нервном аппарате, а также в экзо-и эндокринных клетках поджелудочной железы крысы в условиях воздействия ГП [48]. И. В. Гайворонским и соавт. на экспериментальной модели выполнены исследования структурно-функциональных изменений в органах и тканях жевательного аппарата при хроническом воздействии ГП [7, 8]. Было установлено, что выраженность деструктивных изменений в интрамуральном нервном аппарате можно уменьшить за счет применения антигипоксантов и антиоксидантов. В частности, анализ изменений в ферментативных системах гемомикроциркуляторного русла и применения с защитной целью ряда лекарственных веществ выявил более выраженное протективное действие бемитила по сравнению с амтизолом. Комбинация этих препаратов позволила компенсировать недостатки их изолированного применения, но являлась менее выгодной по сравнению с протективным действием метапрота. По материалам этих работ А. К. Иорданишвили была защищена докторская диссертация [23], аВ. В. Лобейко [32] иВ. А. Курочкиным [33] - кандидатские диссертации. В настоящее время результаты экспериментальных исследований воздействия ГП на организм широко используются для выявления механизмов нарушений, возникающих у летчиков при пилотировании высокоманевренных самолетов. В работах, посвященных данному направлению, следует особо отметить неотделимость фундаментальных экспериментальных морфологических исследований от задач практической авиационной медицины. Как отмечено выше, исследованию структурных преобразований регуляторных систем организма всегда предшествовали анализ заболеваемости, архивных данных, клинические обследования людей, подвергающихся пилотажным перегрузкам [22, 28, 78]. По материалам этих исследований опубликованы статьи в отечественных и зарубежных журналах, изданы монографии [7, 8, 43, 44, 46, 47, 52, 79], защищены диссертации [20, 41, 64, 69]. Изучение ферментной активности лейкоцитов у летчиков высокоманевренной авиации позволило обосновать представления об особенностях формирования клеточной дезадаптации в зависимости от возраста и времени налета. Определены типы реагирования на летную нагрузку, а также показана динамика формирования острого и хронического стресса. Кроме того, выявлено особое предшествующее хроническому стрессу состояние - предстресс. Предложен комплекс морфофункциональных показателей для диагностики этих состояний [43, 44, 49]. Правомочность такого подхода основывалась на данных о том, что химизм клеток периферической крови (в частности, активность ферментов лимфоцитов) является своеобразным «зеркалом» процессов, происходящих в некоторых внутренних органах [1, 66, 67]. Подтверждение данного положения с помощью современных методов исследования было получено в эксперименте, что дало возможность осуществить корреляционный анализ между цитохимическими показателями лимфоцитов крови и клеток регуляторных систем организма после острого и хронического воздействий ГП. В результате этих исследований, которые продолжались до 1993 г., были выявлены клетки органов (нейроны чревных узлов, эндокриноциты пучковой зоны коры надпочечника), в которых активность окислительных ферментов изменяется так же, как и в лимфоцитах крови. При этом степень силы корреляционных связей изменяется по мере увеличения суммарного времени воздействия ГП [42, 45]. Важным результатом этой работы было выявление изменений, предшествующих выраженным деструктивным процессам в нейронах чревного узла и всех трех зонах коры надпочечников, сопровождающихся резким снижением устойчивости экспериментальных животных к действию ГП. Эти экспериментальные данные в дальнейшем были использованы при разработке способа выявления летчиков, нуждающихся в срочной реабилитации. Специалистами в области отечественной авиационной медицины еще в середине прошлого столетия поднимался вопрос о развитии у летчиков профессиональных заболеваний, связанных с воздействием на организм факторов полета [28]. В связи с достижениями авиационной техники факторы полета приобретают все более агрессивный характер, вызывая в организме напряжение и перенапряжение регуляторных процессов, ведущие к развитию острого стресса (особенно у молодых летчиков), а также формированию хронического стресса в процессе «летной жизни» [46]. Хронический стресс, как известно, тесно связан с процессами старения организма. Еще в конце 80-х годов было выдвинуто предположение, а затем получены доказательства формирования у летчиков хронического стресса [40]. В последующие годы на адекватной биомодели при исследовании структурных преобразований, преимущественно в органах гипофизарно-адренокортикальной и симпатоадреномедуллярной систем, была прослежена динамика развития острого стресса, «предстресса» и хронического стресса в эксперименте [46]. Полученные на экспериментальной модели ГП состояния соответствуют понятию «гравитационного стресса», ранее принятому за рубежом [78]. Результаты параллельных исследований симпатического и парасимпатического отделов автономной нервной системы показали особенности изменений их клеток при хроническом гравитационном стрессе [53]. Эти данные возбудили интерес к исследованию обоих отделов автономной системы у летчиков (до этого исследовали преимущественно реактивность структур симпатической нервной системы в условиях летной нагрузки или же дозированной нагрузки в стационаре). В частности, по ряду физиологических показателей был выявлен дисбаланс между выраженностью симпатических и парасимпатических реакций в организме отдельных летчиков. Эти данные в дальнейшем использованы при разработке медико-биологических рекомендаций для индивидуального подхода к регламентации режимов труда и отдыха данной категории летного состава [70]. В настоящее время наметился новый период экспериментальных морфологических исследований влияния ГП на организм. Перспективы его развития обусловлены возросшей актуальностью перегрузок больших величин в условиях пилотирования высокоманевренных летательных аппаратов. Следует отметить, что в настоящее время существенно повысился методический уровень фундаментальных морфологических исследований, включающих прижизненную микроскопию нервной ткани и микроциркуляторного русла, иммуногистохимию и др. Однако использование этих методик заметно отстает от запросов авиационной медицины, являющейся в нашей стране преимущественно профилактической. Разработка и внедрение новых способов диагностики клеточной дезадаптации в регуляторных системах позволит не только существенно повысить уровень исследования воздействия ГП на организм, но также будет способствовать распознаванию хронического стресса на ранних стадиях его формирования и, как следствие, - продлению летного долголетия.