Typy hypokineze a příčiny jejího vzniku. Hypokineze a fyzická inaktivita Hypokineze interventrikulárního septa srdce

Mezi nejčastější rizikové faktory různých onemocnění za posledních 10-15 let patří omezení fyzické aktivity - fyzická nečinnost (hypokineze). Vzhledem k značnému rozšíření a rozmanitosti příčin je fyzická nečinnost jedním z nejdůležitějších problémů naší doby, který má velmi velký obecný biologický a společenský význam.

Fyzická inaktivita je nemoc nehybného životního stylu

Co je tedy fyzická nečinnost? Jedná se o onemocnění imobilního životního stylu, projevující se snížením objemu svalové aktivity člověka. Tento jev je pozorován ve všech sférách života, což je z velké části způsobeno vědeckým a technologickým pokrokem a vede k převaze statických forem činnosti. Jestliže jen před 100 lety bylo 94–96 % veškeré mechanické práce na zeměkouli vykonáváno díky lidské svalové energii, nyní – ne více než 1 %. U moderní muž omezuje se pohybová aktivita nejen ve výrobní sféře, ale i pro potřeby domácnosti a komunální činnosti, omezuje se sebeobsluha, chůze, poklesla fyzická aktivita v sociokulturní sféře.

Existuje sedm typů fyzické nečinnosti (I) a příčiny jejího vzniku (II), které jsou naznačeny na obrázku výše.

formuláře

Rozlišují se následující formy hypokineze:

nosogenní způsobené nemocí;
průmyslová a domácí;
stáří;
iatrogenní, ke kterému dochází, když lékař naordinuje klid na lůžku na nepřiměřeně dlouhou dobu.

Prevalence

Výzkumníci analyzovali fyzickou aktivitu pracujících lidí a zjistili, že 58,2 % dotázaných vedlo po významnou dobu sedavý způsob života, 25,8 % mělo průměrnou úroveň fyzické aktivity a pouze 16,0 % mělo vysokou úroveň. Byl zaznamenán úzký vztah mezi fyzickou aktivitou a věkem. Největší počet osob s vysokou mírou pohybové aktivity byl zaznamenán ve skupině do 31 let - 20,9 %, dále ve skupině nad 40 let - 16,0 %. Nejméně aktivní byli lidé ve věku 31-40 let, pouze 10,6 % osob v této věkové skupině mělo dostatečnou úroveň pohybové aktivity.

Nejvyšší stupeň fyzické aktivity byl zaznamenán ve skupině povolání spojené s prací střední závažnost a napětí (18,6 %), nejnižší pohybová aktivita je typická pro strojírenské a technické pracovníky a operátory (8,7, resp. 10,1 %), jejichž úroveň potřebná pro výrobní činnosti fyzická aktivita je nízká. Pro tuto kategorii pracovníků má neproduktivní fyzická nečinnost běžnou každodenní povahu. Je zajímavé, že mezi pracovníky, jejichž práce byla průměrné obtížnosti a intenzity, provázela docela velký počet pohybů byl zaznamenán největší počet osob zapojených do tělesných cvičení, tj. nejvyšší míra mimopracovní pohybové aktivity byla zjištěna ve výrobní a profesní skupině, která to nejméně potřebuje.

Nepracovní pohybová aktivita je spojena s mírou spokojenosti s pracovními podmínkami. Ukázalo se, že mezi pracovníky, kteří hodnotili své pracovní podmínky jako uspokojivé, bylo 2x více osob vedoucích aktivní, mobilní životní styl než ve skupině osob, které své pracovní podmínky charakterizovaly negativně.

Fyzická aktivita závisí také na sociálních a hygienických podmínkách života. Za příznivých sociálních a hygienických podmínek života se spíše najdou lidé, kteří se aktivně věnují tělesné výchově.

Je pozoruhodné, že ranní cvičení dělá velmi malé procento lidí z různých profesních skupin. Mezi nimi 11,6 % zastupitelů lékařské povolání, 12,5 % vědeckých pracovníků, 9,1 % pracovníků, 8,0 % inženýrských a technických pracovníků a kancelářských pracovníků, 8,8 % zaměstnaných v sektoru služeb, 4,5 % učitelů.

Zvláště znepokojivá je nízká fyzická aktivita dětí. Z celé doby pobytu dítěte v mateřské škole tak organizované formy tělesné výchovy tvoří pouze 8–14 % času a volná motorická aktivita 16 % času. Počet kroků za den se ukázal být 12-13 tisíc, i když běžná fyzická aktivita za den by měla u dívek ve věku 5-6 let průměrně 15 tisíc kroků a u stejně starých chlapců 17 tisíc kroků.

Studie pohybové aktivity školáků v Moskvě odhalila výrazný pokles ve všech věkových skupinách. Nedostatečná je i pohybová aktivita žáků středních odborných škol ve věku 17-18 let, zejména ve dnech teoretické výuky, kdy dynamická složka tvoří pouze 11,3 % času za den a počet kroků sotva dosahuje 11,5 tis. .

Jaký vliv má fyzická nečinnost na lidský organismus?

Dlouhodobá hypokineze (více než 5 - 10 dní) ve všech svých formách působí na organismus mnohostranně, multiorgánově, patologicky, snižuje jeho biologickou odolnost a je závažná nespecifický faktor riziko různých onemocnění.

Důvod pro patologické změny Při onemocnění imobilního životního stylu dochází k dlouhodobému poklesu objemu svalové aktivity, který je doprovázen poklesem energetické spotřeby. Na základě výše uvedeného jsou pro vznik patologických důsledků fyzické nečinnosti nejvýznamnější změny pohybového aparátu a především svalů.

Změny v důsledku svalové nečinnosti

Svalová kontrakce nastává, když je ATP přítomný ve svalech rozložen a přeměněn na ADP a anorganický fosfor. Tato reakce poskytuje energii potřebnou ke stažení svalového vlákna. Poté následkem oxidačních procesů a související fosforylace dochází k resyntéze ATP. Při delší svalové nečinnosti klesá rychlost syntézy ATP v důsledku oslabení oxidativních fosforylačních procesů a dochází k detrénování hlavního mechanismu tvorby energie v těle. Současně dochází k významným změnám v dýchání tkání ve svalech:

příspěvek klesá mastné kyseliny do svalové energie,
rychlost endogenního (tkáňového) dýchání se snižuje,
je aktivováno dýchání závislé na sukcinátu,
aktivita kreatinkinázy se zvyšuje.

Amyotrofie

Současně s biochemickými změnami ve svalech, které provázejí fyzickou nečinnost, v nich dochází ke strukturálním změnám. Rozvíjí se tzv. svalová atrofie, jejíž mechanismus je následující.

Za podmínek hypokineze je syntéza proteinů oslabena následujícími cestami:

DNA ⇒ RNA ⇒ protein

Procesy katabolismu a rozpadu začínají převládat nad procesy anabolismu a syntézy. To se projevuje úbytkem svalové hmoty (atrofií) a poklesem tělesné hmotnosti.

Hypokineze vede k poklesu aferentních impulsů ze svalů, k oslabení informačních toků po eferentních a aferentních drahách a to je následně doprovázeno poruchami stavu struktury, funkce synapsí a procesů šíření vzruchu. Dochází k tzv. fyziologické denervaci svalů, kdy se na jejich vláknech objevují výrazné atrofické a dystrofické změny.

Dopad na kosti

Funkce kosterního svalstva úzce souvisí s aktivními pohyby kostry a funkčním stavem kostí. Mezi funkční zátěží svalů, velikostí, tloušťkou a stavbou kostí existuje přímá korelace. Při fyzické nečinnosti slábne vliv svalů na kosti, může se měnit velikost a stavba kostí. V kostech a dalších tkáních dochází ke změnám v metabolismu protein-fosfor-vápník. Vápník opouští kosti, což je doprovázeno poklesem jejich hustoty. Zvýšení hladiny vápníku v krvi je doprovázeno zvýšenou srážlivostí krve a tvorbou ledvinových kamenů. Změny na kostech mohou navíc negativně ovlivnit krvetvorbu (krvotvorbu).

Jak fyzická nečinnost ovlivňuje kardiovaskulární systém

Jednou z nejdůležitějších vazeb v patogenezi poruch, ke kterým dochází při fyzické nečinnosti, je její vliv na kardiovaskulární systém.

Účinek na srdce

Při prodloužené hypokinezi dochází k výraznému poklesu srdeční hmoty. Změny se týkají ultramikrostrukturních prvků srdce, na kterých závisí oxidační procesy v myokardu a jeho tkáňové dýchání. Srdeční funkce se stává méně „ekonomickou“, což se projevuje zvýšenou srdeční frekvencí, labilitou pulzu a snížením systolického objemu a síly kontrakcí myokardu. Je narušena regulace činnosti srdce, což se projevuje zvýšením tepové frekvence neadekvátní fyzické aktivitě a tachykardií i v klidu. Maximální tlak se zvyšuje, minimální klesá, pulzní tlak klesá a doba pro úplné prokrvení se zvyšuje. Elektrokardiogram vykazuje známky zhoršení trofismu myokardu a zpomalení intrakardiálního vedení nervového vzruchu.

Účinek na krevní cévy

Současně dochází k výrazným změnám v cévách. Rozvoj aterosklerózy během fyzické nečinnosti zahrnuje poruchu metabolismu esterů cholesterolu v séru, která je kombinována s dysproteinémií. Jedním z důležitých mechanismů hemodynamických poruch při hypokinezi je oslabení pomocných hemodynamických mechanismů – „intramuskulárních periferních srdcí“.

Onemocnění z nehybného životního stylu je doprovázeno poruchou funkce lymfatických cév. Při nedostatečné motorické aktivitě kardiovaskulárního systému tak dochází k závažným poruchám, které jsou charakterizovány celkovým vyčerpáním, sníženým funkčním potenciálem a v pozdějších stádiích - aterosklerotickými změnami.

Účinky na dýchací systém

Hypokineze způsobuje útlum bazálního metabolismu o 5–22 %, což je následně doprovázeno snížením intenzity výměny plynů a snížením plicní ventilace.

Účinek na endokrinní žlázy

Omezení fyzické aktivity vede k výrazným změnám ve struktuře a funkci. V experimentech na krysách se ukázalo, že v různých obdobích fyzické nečinnosti dochází k fázovým změnám hmoty nadledvin:

1. a 3. den experimentu se hmota nadledvin zvýšila oproti kontrole o 30-35 %;
od 7. do 20. dne po omezení fyzické aktivity se hmota nadledvin progresivně snižovala;
30. den se opět zvýšil a dosáhl počáteční úrovně.

Obsah adrenalinu a norepinefrinu v moči při onemocnění imobilním životním stylem se do 10. dne studie výrazně zvýšil, 20. den dosáhl kontrolní úrovně a 30. dne došlo k poklesu hladiny těchto hormony. Podobný obraz byl pozorován při studiu obsahu 11-hydroxykortikosteroidů vylučovaných kůrou nadledvin v krvi zvířat v různých časech po omezení fyzické aktivity. Obsah volných a celkových 11-hydroxykortikosteroidů se zvýšil po 1, 3, 7, 10 a 20 dnech fyzické nečinnosti a 30. den experimentu byl jejich obsah mírně nižší než kontrolní hladina. Množství navázaných 11-hydroxykortikosteroidů během všech období hypokineze bylo významně nižší než normálně. Tedy s experimentálním sedavým způsobem života, zejména v raná data dochází k aktivaci sympatoadrenálního systému doprovázené zvýšeným uvolňováním do krve jak hormonů dřeně nadledvin, katecholaminů, tak hormonů kůry nadledvin - 11-hydroxykortikosteroidů. Při pokračující fyzické nečinnosti klesá hormonální aktivita kortikálních a dřeňových vrstev nadledvin.

Účinek na nervový systém

Vzhledem k výraznému poklesu aferentních a eferentních impulsů jsou do patologického procesu zahrnuty změny v centrálním nervovém systému. Je známo, že proprioceptivní impulsy jsou přirozeným aktivátorem retikulární formace a hypotalamo-kortikálního systému, který má naopak tonický účinek na mozkovou kůru. V podmínkách fyzické nečinnosti dochází k výraznému snížení tonusu kůry a subkortexu. V závislosti na délce trvání hypokineze se v mozkové tkáni mění obsah endogenních opioidních peptidů (endorfinů a enkefalinů), jejichž normální obsah a metabolismus určují odolnost organismu vůči stresu, výkonnost a náladu člověka.

Fyzická nečinnost je doprovázena změnami v autonomním nervovém systému. Mnoho výzkumníků věnovalo pozornost vlnění a labilitě autonomních dysfunkcí s poklesem motorické aktivity. V tomto stavu dochází ke změně období sympato- a vagotonie. Sympatické a parasympatické funkce jsou rozrušeny na integrační úrovni centrální regulace. Odhalená symetrie, globálnost a polymorfismus jevů, ke kterým dochází během hypokineze, svědčí o jejich hypotalamické genezi. Existuje výrazný paralelismus v povaze a dynamice vegetativních i doprovodných emočních poruch.

Účinky na játra

Fyzická nečinnost negativně ovlivňuje stav jater, hlavní biochemické laboratoře těla. Experimentální reprodukce omezení motorické aktivity u potkanů nám umožnila dojít k závěru, že za podmínek prodloužené hypokineze jsou inhibovány procesy odpovědné za fyziologickou obnovu a růst jater. Závažnost zjištěných porušení je různá a závisí na délce expozice analyzovanému faktoru na těle. Inhibice mitotické aktivity a zmenšení velikosti buněk svědčí o zhroucení adaptačních mechanismů.

Vliv na imunitní systém

Fyzická nečinnost vede k výrazným poruchám v mechanismech nespecifickou ochranu tělo. To se projevuje aktivací oportunní a saprofytické autoflóry přítomné v těle a zvýšenou aktivitou infekčních patogenů zavlečených zvenčí.

Důsledky fyzické nečinnosti

Pokles fyzické aktivity člověka, vedoucí ke snížení spotřeby energie, je doprovázen porušením všech typů metabolismu, jehož jedním z nejvýznamnějších důsledků je hromadění tukové tkáně se všemi negativními důsledky pro zdraví. Způsoby vzniku a důsledky hypokineze jsou znázorněny na obrázku výše.

Pro shrnutí popisu toho, co fyzická nečinnost ovlivňuje, lze uvést, že tento extrémně nepříznivý vliv na lidský organismus snižuje jeho schopnost adaptace na měnící se, zejména škodlivé vlivy vnějšího i vnitřního prostředí. Je to dáno změnami ve svalech, centrálním a autonomním nervovém systému, kortikálních a dřeňových vrstvách nadledvin, dýchacích orgánů, specifických i nespecifických mechanismech protiinfekční obrany, metabolických poruchách s rozvojem obezity, ke kterým dochází při hypokinezi. Zároveň se uzavírá tzv. začarovaný kruh, neboť výše uvedené a mnohé další, méně prozkoumané, negativní důsledky pohybové nečinnosti v jejich rozvoji přispívají k jeho progresi.

Příznaky fyzické nečinnosti

Jak bylo uvedeno výše, fyzická nečinnost vede k dysfunkci různých orgánů a systémů:

svaly a kosti,
kardiovaskulární,
respirační,
centrální a autonomní nervový systém,
kortikální a dřeňové vrstvy nadledvinek,
játra.

To je doprovázeno širokou škálou příznaků spojených s:

snížený metabolismus
hromadění tuku (),
oslabení odolnosti vůči infekci.

Tyto změny vedou ke vzniku různých onemocnění, mezi nimiž nemoci vystupují do popředí z hlediska četnosti a negativních důsledků pro zdraví kardiovaskulárního systému.

Fyzická nečinnost a kardiovaskulární systém

Nejčastěji se při fyzické nečinnosti rozvíjí komplex příznaků, které vznikají v důsledku poruch regulace a fungování kardiovaskulárního systému, který bývá označován jako tzv. syndrom vegetativně-vaskulární dystonie: nestabilita tepové frekvence a krevního tlaku s různými, čistě individuálními směry těchto změn. Často je pozorována tachykardie a sklon k arteriální hypertenzi, u některých pacientů však převažuje bradykardie (pomalá srdeční frekvence) a sklon ke snížení krevního tlaku. Často vegetativně-vaskulární dystonie je doprovázena výskytem bolesti v oblasti srdce, která může být tupá, bolestivá, u některých pacientů má bolest bodavý, svíravý charakter.

Zvláštní význam studia a překonávání hypokineze, což je významný pokles svalové aktivity, je dán především její patogenní úlohou při rozvoji aterosklerózy a koronární onemocnění srdce. Takové projevy onemocnění koronárních tepen, jako je akutní infarkt myokardu, angina pectoris, srdeční arytmie, srdeční selhání, představují vážnou hrozbu nejen pro zdraví, ale i pro život pacienta. Podle moderního pojetí se na vzniku ischemické choroby srdeční významně podílejí metabolické poruchy, zejména metabolismus tuků, ke kterým dochází při obezitě. Fyzická nečinnost a s ní spojený pokles energetického výdeje v těle vede k nárůstu tělesné hmotnosti v důsledku ukládání tuku, zvýšení obsahu cholesterolu a beta lipoproteinů v krvi, ke vzniku a progresi aterosklerózy a ischemické choroby srdeční.

Možnost aterosklerotických změn v cévách během prodloužené hypokineze byla potvrzena četnými experimentálními studiemi na zvířatech.

Fyzická nečinnost a obezita

Potvrzení souvislosti mezi fyzickou nečinností a obezitou a výskytem příznaků zhoršeného prokrvení Koronární tepny srdce, které je vlastní ischemické chorobě srdeční, jsou výsledky pozorování vědců.

Byli studováni prakticky zdraví lidé, z nichž někteří trávili dovolenou v podmínkách hypokineze a jiní s dostatečnou fyzickou aktivitou. Ukázalo se, že po dovolené strávené nízkou fyzickou aktivitou v reakci na standardní zátěž na cyklistickém ergometru vykazovalo 80 % mužů a 70 % žen různé změny v koronární cirkulaci srdce během elektrokardiografické studie. Zároveň u všech zkoumaných došlo k nárůstu tělesné hmotnosti v průměru o 2 kg, což potvrzuje hypokinezi během dovolené a svědčí o hromadění tuku v této době, tedy o rozvoji obezity. Druhá skupina je prakticky zdravých lidí Během dovolené jsem měl výraznou fyzickou aktivitu. Nezaznamenali žádnou akumulaci tělesné hmotnosti a elektrokardiografická studie provedená po standardním cyklistickém ergometru neodhalila žádné změny v koronárním průtoku krve v srdečním svalu.

Příznaky nervového systému

Dlouhodobá fyzická nečinnost (více než 5-8 dní), spojená s klidem na lůžku po otřesu mozku, je doprovázena rozvojem hypochondrického syndromu. Je dokázán rychlý nástup příznaků regresně-infantilního chování, primitivizace osobnosti a pokles celkové somatické rezistence u chronických onemocnění v případech, kdy jsou pacienti nuceni setrvat dlouhodobě na lůžku.

Mimochodem, s hypokinezí úzce souvisí i „informační neuróza“, která se rozšířila v kontextu vědeckotechnické revoluce.

Fyzická nečinnost způsobená progresí chronických lézí kloubů, kostí a nervového systému vede ke zhoršení základního patologického procesu. Bylo zjištěno, že při snížené fyzické aktivitě po odstranění slepého střeva, teplotě, tepové frekvenci a arteriální tlak, rychlost průtoku krve, vitální kapacita plic; Dlouhodobě přetrvává retence moči a stolice a bolest v oblasti rány. Byla zaznamenána přímá souvislost mezi délkou klidu na lůžku a výskytem komplikací (pneumonie, tromboflebitida, hepatom a infekce rány).

Při sedavém způsobu života mají děti výrazně častěji než jejich vrstevníci s běžnou pohybovou aktivitou různé morfofunkční abnormality a chronická onemocnění. Při porovnání poklesu úrovně pohybové aktivity s vývojem různá porušení funkčních systémů (svalové, kardiovaskulární, respirační), stejně jako se stupněm poklesu odolnosti organismu vůči vlivům prostředí a patologickým mikroorganismům se ukazuje úzká přímá korelace.

Prohlubování a prodlužování vlivu pohybové inaktivity s sebou nese komplex poruch, které někteří autoři považují za tzv hypokinetické onemocnění.

Syndromy hypokinetického onemocnění

Negativní dopad poklesu pohybové aktivity na zdraví člověka se projevuje zejména při dlouhodobé (až 4 měsíce) uměle vytvářené hypokinezi. V tomto případě se vyvíjí řada výrazných bolestivých syndromů, jejichž souhrn lze považovat za hypokinetické onemocnění. Mezi tyto syndromy patří:

syndrom redistribuce krve a změny vaskulárního tonu,
syndrom fyzické a tepelné nepohody,
syndrom vegetativně-cévní dysfunkce s detrénováním oběhového aparátu na fyzickou aktivitu a ortostatické vlivy,
syndrom neuropsychické astenie,
syndrom statokinetických poruch,
syndrom metabolicko-endokrinních poruch atd.

Výše uvedené syndromy se vyskytují dříve při fyzické nečinnosti a jsou výraznější u lidí s jakýmikoli zdravotními problémy v počátečním období před hypokinezí.

Prevence fyzické nečinnosti

V současné době není pochyb o pozitivním preventivním účinku fyzického cvičení na hypokinezi. Výzkumy za poslední desetiletí ukázaly, že používání fyzického cvičení v primární prevence Fyzická nečinnost pomáhá předcházet kardiovaskulárním, metabolickým a neuropsychiatrickým poruchám. Pohybové cvičení působí preventivně proti svalové atrofii a detrénování při sedavém způsobu života.

Bylo zjištěno, že fyzický trénink může být účinný pouze tehdy, je-li pestrý a zaměřený na udržení rychlostně-silové i obecné vytrvalosti s energetickým výdejem 500-600 kcal/den, což odpovídá mírné zátěži. Ukázalo se že velká důležitost má cyklický rozvrh fyzického tréninku s optimálním vzorcem 3+1 (3 dny tréninku a 1 den odpočinku) s délkou tréninku 2 hodiny denně.

Tělesná výchova k prevenci fyzické nečinnosti by měla být uplatňována odlišně, s přihlédnutím ke zdravotnímu stavu a stupni detrénovanosti osob, kterým jsou předepsány. Klinická a experimentální data získaná různými výzkumníky naznačují nejrůznější nežádoucí reakce kardiovaskulárního systému při nadměrně intenzivním a dlouhodobém (více než 700 kcal/den) fyzické zátěži, zejména ve vyšších věkových skupinách.

ÚVOD
Mechanická stimulace kostní tkáně a fyzická zátěž kosterních svalů, včetně těch způsobených zemskou gravitací, jsou jedním z hlavních faktorů určujících směr, povahu a rychlost funkční adaptace pohybového aparátu savců během fylo- a ontogeneze.
Myšlenka, že hypokinezi nebo nedostatek pohybu a fyzické aktivity provází v lidském těle vývoj jevů, které jsou pro jeho zdraví nepříznivé (detrénování kardiovaskulárního systému, nadváha a ateroskleróza, atrofie kosterního svalstva a osteopenie atd.). ) se stal nesporným. Ještě relativně nedávno však neexistovalo systematické a cílené studium těchto jevů a jejich potenciální nebezpečnosti pro organismus zdravého člověka. A kupodivu takový výzkum nebyl podnícen klinickou praxí, ale byl vyvinut v rámci vesmírné medicíny a gravitační fyziologie, což je pochopitelné, uvážíme-li, že stav, kterému říkáme hypokineze a který je ve svém extrémním projevu spojen s dlouhodobý klid na lůžku (klinostatická hypokineze) je doprovázena několika fyzikálními efekty: změnou vektoru zemské gravitace vzhledem k vertikální ose těla a v důsledku toho snížením hmotnostního zatížení pohybového aparátu a vnitřní orgánů, pokles pohybů především velkých kloubů a v neposlední řadě pokles dynamické silové zátěže kosterních prvků, typické pro normálně fungující kosterní svaly v podmínkách zemské gravitace (lokomoce, vertikální držení těla). To vše dohromady vytváří deficit mechanické zátěže, která dobře simuluje situaci, která nastává při kosmickém letu. V poslední době se k tomuto účelu používá klid na lůžku s vychýlením hlavového konce lůžka 5 - 7 o pod horizont, tzv. antiortostatická hypokineze, model doplňuje fyziologické účinky mikrogravitace je pro let do vesmíru zásadní jev – redistribuce tělesných tekutin kraniálním směrem.
Studie zdravého člověka a stavu jeho jednotlivých fyziologických systémů v podmínkách klinostatické hypokineze, započaté v 60. a 70. letech, a antiortostatické hypokineze v posledních desetiletích, se ukázaly být velmi aktuální i v dnešní době, kdy se problém hypokineze stal multidimenzionálním. a lze ji posuzovat z několika různých hledisek. Navrhuje se rozlišovat mezi několika typy nebo variantami stavů hypokineze.
Za prvé se můžeme domnívat, že hypokineze (hypodynamie) se dnes jeví jako environmentální či ekosociální faktor – nevyhnutelný společník vědeckotechnického pokroku, který je doprovázen výrazným poklesem (podle A. B. Berga téměř o dva řády nad posledních 100 let) v podílu fyzické práce na výrobě materiálu.
Za druhé, se vší pravděpodobností k tomu dochází nerovnoměrně v různých zemích a typech činností, ale pro určité kategorie povolání je hypokineze profesionální. Za třetí, na individuální úrovni může být hypokineze životním stylem a ne vždy pro lidi ve výše uvedených kategoriích.
Čtvrtý typ hypokineze, říkejme jí vynucený, je dlouho známá a známá technika (klid na lůžku) při léčbě či usnadnění léčebných postupů u mnoha závažných onemocnění. Vliv klidu na lůžku na klinice na kostní tkáň byl zaznamenán již dávno a tento účinek byl kvalifikován jako „imobilizační osteoporóza“. A konečně předmětem naší diskuse je experimentální hypokineze, tedy studie reakcí zdravého člověka za umělých podmínek klidu na lůžku, které byly iniciovány úkoly vesmírné medicíny a gravitační fyziologie.
Pro systematické studium reakcí kostní tkáně za experimentální hypokineze, vývoj a implementaci klinická praxe v posledních 20 letech radiačně-fyzikální metody pro neinvazivní diagnostiku a měření kostní hmoty pomocí kvantitativní osteodenzitometrie. Tato okolnost poskytla výzkumu v této oblasti správný metrologický základ, který v podstatě určil jejich status vědeckého výzkumu.
Tento článek poskytuje některá literární data a přehled výsledků laboratorních výzkumů za posledních 15 let věnovaných studiu vlivu hypokineze na stav kostní tkáně u zdravého člověka. Výsledky studií v podmínkách hypokineze jsou porovnávány s účinky mikrogravitace při kosmickém letu jako situace nedostatku maximálního mechanického zatížení podle definice. Je však třeba připomenout, že během letu astronauti pravidelně provádějí speciální tělesné cvičení. Jedná se o jednu ze složek systému preventivních opatření (SMP), jejichž cílem je zabránit tomu, aby se lidské tělo přizpůsobilo gravitačním podmínkám, ale ne vždy tohoto cíle dosáhlo v plném rozsahu.
POZADÍ
První pokusy kvantifikovat účinky hypokineze v kostní tkáni zdravého člověka se datují do konce 40. let. A už tehdy byly zasvěceny v rámci přípravy na očekávané lety lidí do vesmíru. Až do počátku 80. let byly v těchto studiích hlavním kritériem pro hodnocení účinků hypokineze údaje charakterizující změny kostního metabolismu (rovnováha vápníku, obsah minerálů, mineralotropních hormonů a mediátorů syntézy kolagenu nebo rozpadu v krvi a moči). Výběr kritérií byl násilně omezen, protože použití radiografických metod pro denzitometrii trpí významnými chybami a kvantitativní metody pro stanovení kostní hmoty vstoupily do praxe teprve od počátku 80. let.
Rozsah článku nám neumožňuje podrobně zvážit historii studia vlivu hypokineze na kostní tkáň u lidí a zvířat. Taková data z období 70. - 80. let jsou prezentována v některých experimentálních a přehledových pracích a monografiích.
Nejvýznamnější výsledky těchto studií byly následující: 1) hypokineze je doprovázena nadměrným vylučováním nebo negativní bilancí vápníku, jehož velikost je srovnatelná s astronauty; 2) množství ztrát vápníku je velmi významné mezi individuální rozdíly a 3) preventivní akce(tělesná cvičení, farmaka třídy biofosfonátů) jsou schopny snížit ztráty vápníku za podmínek hypokineze, které si však zachovávají výraznou individuální variabilitu. Tyto údaje sice potvrzují pouze kostní hypomineralizaci, ale zanechávají mnoho otázek týkajících se změn v samotné kostní tkáni (topografie, závažnost, reverzibilita atd.), které lze vyřešit pouze pomocí kvantitativní osteodenzitometrie. Taková data jsou částečně zohledněna v práci [b].
Předměty a metody výzkumu. Prezentována jsou literární data a výsledky vlastních studií za účasti dobrovolníků (muži i ženy) za podmínek hypokineze (klinostatická - CG a antiortostatická - ANOH) trvající 30 - 370 dní.
Ve většině níže popsaných experimentů byla zpravidla jen část dobrovolníků v podmínkách tzv. „čisté“ hypokineze, tedy bez použití preventivních opatření (kontrolní skupina). Zbytek provedl jeden nebo jiný typ preventivních opatření (fyzická cvičení, přijímání léky, potravinářské přídatné látky) nebo jejich komplex (SPM) v průběhu experimentu nebo v jeho jednotlivých fázích. Ke studiu změn kostní tkáně jsme v našich studiích, stejně jako v recenzovaných literárních zdrojích, použili moderní metody kvantitativní osteodenzitometrie: kvantitativní CT vyšetření-QCT, radionuklidová mono- a dvoufotonová gama absorptiometrie - MPA, DPA a dvouenergetická rentgenová absorpciometrie - DXA (v angličtině transkripce - DEZA). Bylo použito specifické vybavení: pro CCP - KVAD-1 (General Electric, USA); pro DFA - DBD-2600 (Norland, USA) a pro DEXA - QDR-1000/W (Hologic, USA). Principy neinvazivní kvantitativní osteodenzitometrie jsou podrobněji popsány v článku A. V. Bakulina a A. S. Rakhmanova v tomto čísle časopisu.
Ve studiích využívajících QCT byla měřena kostní minerální hustota (BMD, g/cm3) centrální (spongiózní) struktury obratlových těl pomocí speciálního kalibračního fantomu. Ve studiích využívajících metody DFA a DEXA byly při skenování celého těla měřeny BMD (g/cm2) a minerální obsah kostí (BM, g) - pouze metodou DEXA - v určitých oblastech skeletu (lebka, paže, žebra, hrudní a bederní segmenty páteře, pánevní kosti, nohy) - regionální analýza. Pomocí jiných programů s vyšším rozlišením - lokální analýza - byly naměřeny stejné parametry v bederním segmentu páteře (LI - L4) a proximální části páteře stehenní kost se selektivním hodnocením BMD v určitých oblastech (krk, velký trochanter, intertrochanterická oblast, Wardův trojúhelník).
VÝSLEDEK
V podmínkách klidu na lůžku, jak by se dalo očekávat, byly zaznamenány pravidelné změny BMD a jejich topografie, závažnost a (někdy) směr v různých segmentech kostry významně souvisí s jejich polohou ve vektoru gravitace a jsou velmi podobné topografii změn BMD pozorovaných po kosmických letech [ b]. Uvažujme topografii změn ve směru opačném k vektoru gravitace na Zemi.
V dolních segmentech skeletu (calcaneus, tibie, femur a pánevní kosti) dochází k přirozenému poklesu BMD. Průměrná měsíční míra „úbytku“ minerálů v calcaneus kolísá v různých experimentech (30 - 180 dní) v rozmezí 2,8 - 5 procent v závislosti na věku subjektů a celkový stavže nepoužívají žádné profylaktické prostředky („čistá“ hypokineze). Jak bylo ukázáno dříve, při kosmickém letu je tato hodnota nejméně 2krát menší, což nám umožňuje považovat tuto skutečnost za ochranný účinek fyzických cvičení prováděných na palubě kosmických lodí. Závažnost poklesu MIC nezávisí na délce experimentu. Změny mají značné interindividuální rozdíly.
Údaje o změnách minerální hustoty diafýz tibie a femuru jsou vzácné. U zdravých jedinců (ve věku 25 - 44 let) v klidu na lůžku (120 dní, -5 o) byla studována minerální denzita totální tibie a fibuly na hranici střední a distální třetiny nohy metodou MFA. Významný pokles BMD byl zjištěn u jednoho ze tří dobrovolníků za podmínek „čisté“ hypokineze (kontrola) o 8 procent au 5 z 12 dalších vyšetřených skupin o 4,2 - 5,4 procenta. Skupinové průměrné hodnoty velikosti a rychlosti změny BMD, které se prakticky neliší od výchozích hodnot, měly tendenci klesat u dobrovolníků druhé a třetí skupiny, kteří preventivně vykonávali tělesná cvičení nebo užívali léky, a opačný trend - u subjektů čtvrté skupiny kombinující oba typy preventivních opatření [b].
V dalším experimentu s ANOH (-5 o) trvajícím 370 dní testeři jedné skupiny (A, 4 osoby) prováděli fyzická cvičení a užívali Xydiphon po celou dobu klidu na lůžku a dobrovolníci z druhé skupiny (B, 5 osob) prováděli fyzická cvičení, počínaje dnem 121 až do konce klidu na lůžku. Zde monofotonová denzitometrie tibie ve skupině A (pravidelní cvičenci) odhalila pokles BMD v průměru o 10 procent u tří ze čtyř subjektů. Ve skupině B („opožděná“ profylaxe) byly u všech subjektů v různých obdobích experimentu zaznamenány případy poklesu minerální hustoty holenní kosti (o 5-12 procent). Podle skupinových průměrných hodnot změn nebyly zjištěny žádné rozdíly ve změnách [b].
Data získaná ve stejném experimentu s použitím DFA neodhalila významné odchylky v minerální hustotě kortikální kosti diafýzy femuru na konci klidu na lůžku. Naopak v proximální epifýze femuru a zejména v krčku stehenní kosti a Wardově trojúhelníku (s převážně spongiózní kostní strukturou) byl u obou vyšetřovaných skupin během experimentu zjištěn pokles BMD. U některých jedinců, bez ohledu na schéma aplikace preventivních opatření, byl pokles BMD významný (o 18 a 21 procent). Obecně se skupinové průměrné hodnoty ztráty minerálů v proximální femorální epifýze statisticky nelišily. Jediný zaznamenaný rozdíl je v dynamice procesu. Na konci experimentu byla ve skupině B s „opožděným“ tréninkem odhalena tendence stabilizovat úbytek kostní hmoty v krčku stehenní kosti na úrovni 90 procent počátečních hodnot [b].
Výsledky studia minerální hustoty bederních obratlů představují poměrně pestrý obraz a přitahují pozornost následujícími znaky.
Za prvé, změny BMD nejsou pozorovány u všech účastníků experimentů a frekvence případů změn BMD se zvyšuje s rostoucí délkou expozice. Po 30 dnech ANOH (-6 o) byly změny BMD bederních obratlů L2-L4 zjištěny pouze u dvou z 19 dobrovolníků (-7 procent, + 10 procent) a ve zbývajících 17 případech měly pouze trend vzor s jiným znaménkem |10] . Prodloužení doby klidu na lůžku (klinostatická hypokineze) na 120 dnů bylo doprovázeno poklesem BMD bederních obratlů o 1,7 procenta měsíčně (metoda CCT) a o 0,91 procenta měsíčně (metody DFA a DEXA). V podmínkách ANOH (-5 o) stejné délky jsme zjistili (metodou QCT) zvýšení BMD obratlů L2-L3 u 6 ze 13 dobrovolníků, kteří nepoužívali preventivní opatření, a u 4 z dobrovolníků. 15 zkoumalo, kdo používal různé ochranné a preventivní postupy [b] .
Za druhé, změny BMD houbovité tkáně těl bederních obratlů pozitivního znaménka, podobné těm, které byly poprvé objeveny po kosmických letech [b], v modelových situacích zjišťujeme především u antiortostatické hypokineze (na rozdíl od horizontální). Ambivalence reakce se v tomto případě odhaluje zpravidla selektivně v houbovité tkáni obratlových těl metodou QCT a méně často nebo v menší míře - v celých obratlích metodou DFA [b].
Za třetí, patrné individuální rozdíly v reakci kostní tkáně bederních obratlů, zaznamenané s hypokinezí až do 120 dnů, se stávají velmi významnými s prodlužující se dobou odpočinku na lůžku. Za podmínek výše uvedeného experimentu s 370denní ANOH (-6 o) byl metodou QCT zaznamenán významný pokles BMD houbovité tkáně obratlů u dvou dobrovolníků o 12 a 30 procent a u 4. lidí bylo zjištěno téměř stejně výrazné zvýšení BMD - o 11 - 27 procent. Výsledky měření metodou DFA (1x za 2 měsíce) odhalily mírnou tendenci ke zvýšení MP bederních obratlů v průběhu experimentu jak u neustále trénujících skupin, tak u skupin s opožděnou prevencí. Je třeba poznamenat, že za podmínek hypokineze je tendence ke zvýšení BMD výraznější u těch dobrovolníků, kteří nepoužívali profylaktické prostředky [b].
V kosterních segmentech horní poloviny těla v podmínkách antiortostatické hypokineze (120 dní), stejně jako při kosmických letech, byla tendence ke zvýšení obsahu minerálů, zejména v kostech lebky.
Jednoho z experimentů s 12denní ANOH (-5 o) se zúčastnilo 8 žen ve věku 25 - 35 let, z nichž polovina (skupina A) prováděla tělesná cvičení pro preventivní účely, zatímco ve druhé skupině (B) žádné profylaktické byla použita opatření.
Výsledky denzitometrie (DEXA) v průběhu času (před začátkem, 60. a 120. den experimentu a 60. den po skončení) ukázaly za prvé, že úbytek kostní hmoty u žen obou skupin v dolních segmentech skeletu během experimentu byly nevýznamné a nespolehlivé. Za druhé byly zaznamenány určité rozdíly ve změnách stavu kostí u těchto dvou skupin subjektů. Ve skupině B (necvičící) bylo zjištěno výrazné zvýšení obsahu minerálů v kostech horní poloviny těla (kosti lebky) a velmi slabé známky hypomineralizace segmentů dolní poloviny skeletu. Zjistili také pokles SCM v pánevních kostech v období zotavení(60. den) na úroveň pod počáteční úrovní na začátku experimentu (2 dva - signifikantní). A ve skupině A (trénink) byl nárůst BMD horní poloviny skeletu méně výrazný (téměř 2x) a zároveň byl patrnější (i když také nespolehlivý) úbytek kostní hmoty v segmentech dolní poloviny skeletu: v krčku stehenní kosti, bederních obratlích a v menší míře v pánevních kostech.
Speciální pozornost zde jsou údaje o poklesu mineralizace, v tomto případě o poklesu SCM pánevních kostí, v období zotavení po hypokinezi hodné. Podobný jev jsme zaznamenali u některých kosmonautů v prvních třech týdnech po návratu z kosmického letu. V nedávných studiích s ANOH (120 dní, -5 o, muži) bez použití profylaktických léků byl zjištěn negativní gradient BMD bederních obratlů také u 5 ze 6 účastníků experimentu ve 14. a 30. období zotavení ve srovnání s úrovní BMD na konci klidu na lůžku.
Jak je vidět, výsledky výzkumu jsou nejednoznačné a spolu s nedostatečným množstvím materiálu nedávají podklady pro popis striktních vzorů. Ukazují však určité trendy a rysy změn v kostní tkáni zdravého člověka při nedostatku mechanického zatížení, zejména v podmínkách experimentální hypokineze, které, jak se dalo očekávat, jsou velmi podobné těm, které byly zaznamenány při vyšetření. astronautů. Jsou následující: 1) závažnost (amplituda) úbytku kostní hmoty se zvyšuje ve směru gravitačního vektoru, úbytky jsou přirozené pouze v segmentech dolní poloviny skeletu a co je důležité, jsou pozorovány jak v trabekulární a kortikální struktury kostí periferního skeletu; 2) v kostech horní poloviny těla je často tendence ke zvýšení obsahu minerálních látek; 3) v bederním segmentu páteře, identifikovaném s těžištěm těla, jsou změny ambivalentní a spolu s osteopenií je pozorován nárůst BMD (přibližně v 1/3 případů); 4) v raných fázích období opětovné adaptace na normální životní podmínky lze pozorovat pokles BMD (bederní obratle, pánevní kosti), často bez ohledu na to, zda k tomu došlo během hypokineze nebo kosmického letu; 5) změny MIC jednoho a druhého směru mají velmi výrazné interindividuální rozdíly a u jednotlivých účastníků experimentů nebyly zjištěny.
DISKUSE
Nestejný charakter změn BMD u lidí během hypokineze v různých polohách kostních segmentů ve vektoru gravitace je s největší pravděpodobností spojen především se zvláštnostmi jejich biomechanické funkce v podmínkách zemské gravitace. Bylo prokázáno, že množství úbytku kostní hmoty v různých segmentech lidské kostry během kosmického letu přímo koreluje s jejich hmotnostním zatížením za podmínek 1G a tato závislost je popsána lineární regresní rovnicí s korelačním koeficientem R = 0,904 [b ].
Tato poloha je dobře potvrzena rozdílem v reakcích ve stejném segmentu v zónách s různými mechanickými funkcemi. V případě poklesu BMD ve spongiózní kostní tkáni bederních obratlů LI - L4 po kosmických letech je tedy úbytek minerálů výraznější v podložních (více zatížených) obratlích [b]. V podmínkách klidu na lůžku dochází u některých jedinců k vyhlazení normálně existujícího pozitivního (gravitačního) gradientu BMD v bederních obratlích ve směru L1 - L3 [b].
Hypotéza je plně v souladu s dosavadními představami o mechanismech adaptace kostní tkáně na vnější „mechanické“ prostředí. Bylo zjištěno, že rozhodujícím faktorem pro zahájení adaptačních procesů v kostní tkáni není ani tak mechanické zatížení nebo stres jako takový, ale spíše deformace kostního materiálu. Podstatným parametrem navíc nejsou vrcholové hodnoty relativní deformace, ale určitá spodní hranice fyziologické deformace (minimální efektivní deformace), nad kterou začínají převažovat procesy novotvaru nad resorpcí.
Je vidět, že hloubka kostního úbytku v nejkritičtějších kosterních segmentech z biomechanického hlediska (bederní obratle a proximální femorální epifýza) má jednoznačný a pozitivní vztah k délce trvání hypokineze. Jak bylo uvedeno výše, úbytek kostní hmoty nebyl pozorován u všech účastníků experimentu. Ale pokud k nim došlo, tak s hypokinezí až 120 dní. pokles BMD lze v souladu s doporučeními WHO klasifikovat podle T-kritéria jako „v normálních mezích“ neboli osteopenie. Úbytek kostní hmoty s dlouhodobější hypokinezí je v některých případech klasifikován jako osteoporóza.
Ne všechny tyto rozdíly lze vysvětlit pouze rozdíly v počátečních biomechanických funkcích nebo tkáňových charakteristikách konkrétní kostní struktury. Je třeba vzít v úvahu, že na regulaci transportu minerálů (a následně i tvorby kostní hmoty) se podílí mnoho orgánových systémů (kardiovaskulární, svalový, ledvinový, gastrointestinální trakt atd.), jejichž anatomické vztahy a metabolismus jsou rovněž podléhá změnám za podmínek dlouhý odpočinek na lůžku. S přihlédnutím k výše uvedenému lze předpokládat, že známky zvýšeného obsahu minerálů v kostech horní poloviny skeletu jsou spojeny s redistribucí tekutých médií v kraniálním směru a/nebo s restrukturalizací hormonální regulace fyziologických funkcí pozorované v podmínkách mikrogravitace [b]. Dnes není zcela jasné, jak porozumět povaze tohoto jevu nebo údajům, které by vysvětlily jeho větší závažnost u žen. Je nutný jeho další rozbor, který by měl zahrnovat diskusi o některých metrologických problémech.
Poněkud neočekávaný jev selektivního zvýšení BMD houbovité tkáně těl bederních obratlů po kosmických letech a za podmínek hypokineze také vyžaduje další analýzu. Dříve byly podobné změny na bederních obratlích detekovány touto metodou u pacientů, kteří byli delší dobu na lůžku kvůli léčbě skoliózy nebo poranění míchy.
Naše práce zkoumá několik hypotéz, které mohou v té či oné míře tento jev vysvětlit (metodologické rysy a rozdíly v používaných metodách denzitometrie, změny hydratace meziobratlových plotének, změny v biomechanice a geometrii páteře atd.). Jednou z nejpřijatelnějších verzí se zdá být hypotéza o zpomalení procesů kostní remodelace za podmínek nedostatku mechanické zátěže a v důsledku toho akumulace staré, vysoce mineralizované frakce minerální složky kostní tkáně.
Změnu mohou naznačovat i výsledky biomechanických studií na epifýzách tubulárních kostí končetin potkanů exponovaných v mikrogravitaci, konkrétně údaje o poklesu maximální relativní deformace paralelně s přechodným zvýšením modulu pružnosti [b]. v kvalitě kostního materiálu směrem k relativnímu nárůstu vysoce mineralizovaných struktur a ke zhoršení jejich pevnostních vlastností v důsledku zvýšené křehkosti.
Do jisté míry hypotézu o zpomalení remodelace v důsledku nedostatku mechanické zátěže potvrzují výsledky nejnovějšího experimentu se 120denním ANOG (-5 o). Zde byly spolu s dynamikou kostní hmoty během klidu na lůžku a během 30denního zotavovacího období (RP) studovány biochemické markery kostního metabolismu 14. a 30. den RP a histomorfometrické ukazatele hřebene kyčelního kloubu. biopsie odebraná 30. den - den VP. Předběžná analýza výsledků naznačuje, že během období rekonvalescence dochází k paralelní aktivaci procesů resorpce a novotvorby kostní tkáně. Vzhledem ke konzervativní povaze posledně jmenovaného je možná situace, kdy lze denzitometricky zaznamenat relativní kostní úbytek.
Problém vysoké individuální variability změn kostní hmoty v podmínkách hypokineze je mnohem složitější. Se vší pravděpodobností by to mělo být spojeno s odlišnou úlohou genetických faktorů při tvorbě individuálního vrcholu kostní hmoty, což vysvětluje významnou variaci BMD v normálním rozmezí. To je zase spojeno s polymorfismem (alelickou variací) genů odpovědných za syntézu proteinů, které hrají významnou roli při tvorbě kostní hmoty.
Otázka příčin úbytku kostní hmoty při hypokinezi zůstává předmětem debat a aktivního studia. Teoreticky lze předpokládat, že pokles mechanické stimulace podle modelu N. Frosta snižuje úroveň efektivního „deformačního potenciálu“. A to by mělo vést k celkovému zpomalení procesů adaptivní přestavby kostní tkáně. V jedné z průkopnických prací, která používala histomorfometrickou analýzu biopsie kyčelního hřebene k posouzení rychlosti remodelačních procesů, se skutečně ukázalo, že u pacientů, kteří byli dlouhou dobu na lůžku (kvadriplegie, hemiplegie), snížení objemu kosti o 33 procent a přibližně po 25 týdnech pozorování se kostní hmota ustálí na této úrovni. Současně bylo zaznamenáno celkové zpomalení procesů resorpce a novotvorby, což je označováno jako stav „líné kosti“. Je velmi zajímavé, že podobné histomorfometrické projevy poklesu rychlosti kostních samoobnovovacích procesů byly popsány v jedné z prvních tuzemských studií systémové osteoporózy)