Введение
Среди методов, сопровождающих лечение по медицинскому протоколу и в целом способствующих оздоровлению, положительно зарекомендовало себя дыхание воздухом с пониженной концентрацией кислорода ввиду активной физиологической адаптации организма к гипоксии [1]. Умеренное гипоксическое воздействие обладает значительным восстановительным потенциалом для организма человека, способствующим здоровью и продолжительности жизни [2]. В лечебной и санаторной практике активно применяются в различных вариантах установки для дыхательной терапии «Био-Нова», Reoxy и др. Гипоксическое воздействие осуществляется, как правило, путем дыхания в маске. Широко применяемая процедура «интервальная нормобарическая гипокситерапия» проводится, например, циклами по 5 мин, чередуя пониженное до 9 % содержание кислорода и обычный воздух (21 % О2) [3]. Для улучшения спортивных результатов применяют физические упражнения и сон в дыхательной атмосфере «горный воздух», создаваемой в «гипоксической» палатке путем снижения концентрации кислорода [4]. Для целей общего оздоровления также применяются различные дыхательные тренажеры типа «Самоздрав», «ТУИ», а также безаппаратные методики К.П. Бутейко, А.Н. Стрельниковой и пр. [5].
Среди прочих методов оценки состояния организма информативным в биофизическом аспекте является биоимпедансный анализ (БИА) [6, 7]. В этом случае на тело человека накладываются несколько электродов, например, по паре на руку и на ногу, подается зондирующий сигнал синусоидальной формы повышенной частоты (как правило, 50 кГц) напряжением несколько вольт, и измеряются характеристики проводимости биологических тканей, активное сопротивление R и угол сдвига фазы φ одного сигнала относительно другого. Из соотношения tg φ = 1/ (ωCR), где ω – частота сигнала, можно оценить электрическую емкость биологического объекта С, которая отражает эволюцию заряда на клеточных мембранах. Так, уменьшение φ соответствует росту электрической емкости С, увеличению числа заряженных частиц и большей эквивалентной площади, занимаемой ими. В обратном процессе стекание зарядов приводит, как правило, к увеличению проводимости крови и лимфы и может контролироваться по снижению величины сопротивления R.
В настоящее время для проведения БИА применяются аппараты «Медасс», «Велнесс» (РФ), различные зарубежные [8]. В случае медицинских исследований, имеющих особенности, применяют приборы специализированной разработки, например с установкой электродов в локализованной зоне и при генерации зондирующего сигнала на нескольких частотах [9]. Нужно отметить, что единовременное биоимпедансное измерение чувствительно к режиму предшествующего сна, приема пищи, физической нагрузки и других факторов, поэтому процедуру измерения стараются проводить в одинаковых условиях, например утром натощак.
Практика применения «Медасс» показывает, что фазовый сдвиг 4,40 соответствует ослабленному организму, в том числе при устойчивой гиподинамии, 5,50 характерно для нормального состояния организма, 7,80 отвечает физически развитому здоровому человеку. Низкие значения фазового угла наблюдаются у больных онкологическими заболеваниями, при гепатитах, СПИДе и многих прочих долговременных проблемах и ассоциированы с осложнениями в «период дожития» [10, с. 12]. Из статистики анализов «Велнесс» следует, что большее значение фазового угла свидетельствует о хорошем состоянии мембран клеток и высокой активности мышц. С возрастом, при недостатке питательных веществ или хронических болезнях, величина этого параметра снижается. Коридор нормы соответствует 5,50–8,0. Значительное снижение бывает при обширном распаде тканей, например при циррозе печени или туберкулезе. У больных людей, особенно с хроническими заболеваниями, чем ниже значения, тем хуже прогноз лечения [11, с. 26].
Разнообразие физиологических процессов, протекающих в организме в условиях умеренного потребления кислорода, требует для правильного выбора лечебных процедур получения возможно большего количества информации. в том числе биофизического характера.
Цель исследования – для установления взаимосвязи между условиями гипоксического воздействия и откликом на них организма изучить чувствительным физическим методом биоимпедансного анализа кратковременные и долговременные биофизические эффекты адаптации к гипоксии.
Материалы и методы исследования
В разработанной установке специализированный модуль БИА-измерений имел три электрода (вместо традиционных четырех), что связано с особенностями генератора, совмещенного с цифровым осциллографом HANTEK 2D72. Соответственно, измерения проводились по трехточечной схеме, когда на стопу правой ноги накладываются пара электродов, включенных в цепь генератора и в измерительный контур, а на запястье правой руки – электрод, одновременно подключенный к обоим контурам. Тем самым применяемый в данном случае БИА (с контактами по системе «рука – нога») обеспечивает протекание тока по значительной части тела, и отражает состояние организма в целом. Амплитуда напряжения зондирующего сигнала составляла 2 В при частоте 50 кГц. В измерениях регистрировался один цикл осциллограмм тока и напряжения за период ~20 мкс, по 1200 отсчетов данных. Числовые значения программно пересчитывались по закономерностям Фурье-анализа в величины фазового угла φ и импеданса Z. Проводящие контактные элементы электродов представляли собой пластинки из нержавеющей стали размером 25х15 мм, подобно описанным в [12, с. 151]. Перед наложением на кожу электроды смачивались физиологическим раствором для обеспечения лучшего контакта. Как было установлено сравнительными опытами, при данной схемотехнике трехточечных измерений значения фазового угла получаются примерно вполовину меньше, чем при четырехточечной схеме на аппарате «Велнесс».
Результат гипоксического воздействия оценивался также пульсоксиметром Oximetro M130B по сатурации SpO2 (степени насыщенности гемоглобина крови кислородом).
Результаты исследования и их обсуждение
БИА измерения, проводившиеся с 2022 по 2024 г., для относительно здорового человека показали сезонные колебания значений фазового угла φ (рис. 1). Как можно видеть, в летние месяцы величина φ в целом выше, в то время как зимой ниже.
Наблюдаемые отдельные выбросы величины φ могут быть связаны как с реальным состоянием организма, например по причине предшествующей измерению интенсивной физической нагрузки, так и с некоторой статистической погрешностью ввиду несколько отличающегося положения электродов, при недостаточно плотном контакте их с кожей и т.п. Тем самым можно полагать, что зависимость в целом определяется уровнем физической активности человека, питания и прочими сезонными факторами. Действительно, летом поступление энергетически важных компонентов обеспечивает повышенную проводимость и активный перенос жидкостей и зарядов, что соответствует открытости клеточных мембран, росту фазового угла φ и снижению величины импеданс-сопротивления.
Долговременные БИА измерения в течение нескольких месяцев применения дыхательных упражнений для относительно здорового человека показывают, как правило, прирост величины фазового угла [13]. Физиологически этот факт можно интерпретировать как увеличение функциональной проницаемости клеточных мембран, что соответствует повышению проводимости и интенсивности процессов массопереноса в жидкостях организма, сопровождающему, например, рост мышечной массы у спортсменов.
Рис. 1. Величина сдвига фазового угла между сигналами тока и напряжения при биоимпедансных измерениях в зависимости от времени года. Продолжительность наблюдений 2 года Источник: составлено автором по результатам данного исследования
Рис. 2. Сравнение по степени гипоксии и по времени процедур нормобарической интервальной гипокситерапии (1), дыхания в гипоксической палатке (2), и при упражнении «произвольная зевота» (3) Источник: составлено автором на основе [3, 14]
Способы кратковременного гипоксического воздействия отличаются по глубине физиологического расслабления организма. В методе интервальной нормобарической гипокситерапии при подаче в маску воздуха с пониженной концентрацией кислорода происходит резкая смена режимов дыхания [3], что, безусловно, провоцирует некоторый стресс в организме (рис. 2, кривая 1).
Применение гипоксической палатки «горный воздух» задает постепенное изменение концентрации О2 во вдыхаемом воздухе (рис. 2, кривая 2). Плавный переход обеспечивает комфортное состояние и расслабление организма, что является важным элементом для повышения эффективности лечебно-оздоровительной процедуры.
Можно отметить также безаппаратный метод «произвольной зевоты», при котором на выдохе производится задержка дыхания, но лишь пока сохраняется комфортное без перенапряжения состояние [14]. Это условие, а также вдох, выполняемый как имитация зевоты, способствуют глубокому «гипоксическому расслаблению» организма, активизируя внутриклеточное (тканевое) дыхание, что заметно по постепенно увеличивающейся комфортной задержке дыхания (рис. 2, кривая 3).
В ходе гипоксических исследований использовалась портативная палатка размером 1х0,5х0,5 м. В объеме палатки находились голова и плечи человека в лежачем положении. Воздух с заданной концентрацией кислорода подавался с расходом 10 л/мин от гипоксикатора YS-800H. Концентрация О2 контролировалась по прилагаемым к аппарату таблицам и кислородным анализатором CY-12C. По заключению МЗ Республики Беларусь, гипоксическая палатка имеет статус «дыхательный тренажер», и исследования проводились с «практически здоровыми» людьми, общим числом несколько десятков человек. В ходе процедур испытуемые, как правило, пробовали применить дыхательное упражнение «произвольная зевота».
Типичные результаты гипоксического воздействия в ходе процедуры в палатке в течение 1 ч представлены на рис. 3. В данном случае концентрация кислорода снижалась от атмосферного значения 21 % до ~12 %, что соответствовало эквивалентной высоте до 4500 м.
Как видно, частота сердечных сокращений в ходе процедуры изменялась незначительно. Насыщенность SpO2 гемоглобина крови кислородом то уменьшалась, то подрастала в пределах некоторого коридора значений, с периодом до нескольких минут, при общей тенденции к снижению. В итоге в конце часового пребывания в гипоксической атмосфере верхний уровень SpO2 составлял ~80 %, а нижний предел доходил до ~70 % и менее.
Рис. 3. Изменение насыщенности гемоглобина крови кислородом (сатурация SpO2 максимальная и минимальная) и пульс (частота сердечных сокращений) во время прохождения процедуры в гипоксической палатке в течение 1 ч, при уменьшающейся до 12 % концентрации кислорода (эквивалентная высота до 4500 м) Источник: составлено автором по результатам данного исследования
Рис. 4. Изменения фазового угла φ сдвига между сигналами тока и напряжения при биоимпедансном анализе после прохождения процедуры в гипоксической палатке в течение часа при концентрации кислорода 17–18 % (эквивалентная высота до 1500 м) Источник: составлено автором по результатам данного исследования
БИА перед процедурой и сразу после окончания, как правило, показывал уменьшение фазового угла на величину 0,1–0,5º, что можно интерпретировать как показатель степени расслабления организма человека в ходе процедуры. Соответственно кратковременное снижение φ (зарядка клеточных мембран) представляется фактором, способствующим оздоровлению. Также уменьшение фазового угла для людей с осложнениями (воспаление суставов, поясничные боли, и др.) происходит не только из-за сниженной физической активности, но и ввиду включения физиологических процессов, противодействующих развитию патологий.
После процедуры проводились периодические БИА измерения для изучения воздействия умеренной гипоксии. Как правило, на протяжении нескольких дней регистрировалось возникновение колебаний величины фазового угла φ. Например, после гипоксического воздействия в течение 1 ч при сниженной до 17 % концентрации кислорода амплитуда колебаний могла превышать исходный уровень в полтора раза (рис. 4).
После более интенсивного гипоксического воздействия в виде сна в палатке в течение 6 ч в организме возникли и продолжались в течение нескольких суток колебания фазового угла φ с почти двукратным превышением от исходного состояния (рис. 5).
Известно, что возникновение колебаний физиологических параметров и развитие автоволновых процессов в биологической системе, как правило, сопровождается структурными изменениями [15, 16]. Для человеческого организма после применения умеренного гипоксического воздействия этот факт демонстрирует, что адаптация к гипоксии вызывает соответствующую перестройку физиологических процессов и биоструктур. В аспекте оздоровления биофизическая самоорганизация обеспечивает увеличение иммунного отклика и запаса устойчивости клеток от перерождения [2].
Нужно отметить, что эффект углубленного расслабления, заметный помимо БИА, например, по появлению слезотечения, выделению насморка, наступлению рефлекторной зевоты и прочим проявлениям, имеет относительно субъективный характер и достигается не сразу и не у всех испытуемых, проходящих процедуру.
Рис. 5. Изменение фазового угла φ сдвига между сигналами тока и напряжения при биоимпедансном анализе за период наблюдений нескольких дней после сна в течение 6 ч в гипоксической палатке при концентрации кислорода 17–18 % (эквивалентная высота до 1500 м) Источник: составлено автором по результатам данного исследования
Использование физиологических процессов адаптации к гипоксии представляется актуальным, в частности, для лечения патологий воспалительного характера. Например, как отмечалось с физической точки зрения, формирование хронически воспаленной зоны с повышенным энерговыделением обусловливает онкогенез, поскольку ввиду сдвига химического равновесия вместо нормальных реакций химической индукции становится возможным подхват и развитие более энергозатратных процессов (преимущественный гликолиз вместо фосфорилирования и др.) [17]. Перевод организма в состояние гипоксического расслабления снижает уровень энергетической активности и способствует устранению зоны воспаления.
Заключение
Величина сдвига фазового угла между сигналами тока и напряжения при биоимпедансном анализе может служить показателем отклика организма на умеренное гипоксическое воздействие при дыхании воздухом с пониженной концентрацией кислорода.
Продолжительная статистика величины фазового угла обнаруживает сезонные колебания активности физиологических процессов в организме, определяемые уровнем физической активности человека и характером питания.
Обнаруженный эффект возникновения колебаний величины фазового угла в течение нескольких суток после процедур умеренного гипоксического воздействия (часовое пребывание или сон до десятка часов в палатке «горный воздух») показывает, что адаптация к гипоксии сопровождается активизацией физиологических процессов и формированием новых биоструктур.
Снижение величины фазового угла, сопровождающее увеличение концентрации ионов на клеточных мембранах и снижение проводимости, и при долговременном наблюдении воспринимаемое как свидетельство неблагоприятных изменений в организме, при единовременных измерениях может иметь различную природу. Сезонное снижение в зимний период может определяться ограничением пребывания на свежем воздухе, изменением рациона питания. Для относительно здорового человека состояние с низким значением сдвига фазы может быть временным, вызываемым, например, малоподвижным образом жизни. Некоторое уменьшение величины фазового угла при измерениях перед гипоксической процедурой и непосредственно после окончания можно использовать как показатель относительно полноценного расслабления организма. В целом снижение величины фазового угла представляется откликом в виде физиологических процессов самоорганизации организма человека как неравновесной системы, направленных на устранение отклонений от нормального функционирования.
Использование процедур умеренного дыхания с биоимпедансным контролем может оказаться полезным для сопровождения медицинских мероприятий, в частности при лечении хронических процессов воспалительного характера.
Библиографическая ссылка
Шушков С.В. БИОИМПЕДАНСНЫЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА НА УМЕРЕННОЕ ГИПОКСИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2025. № 7. С. 5-12;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13735 (дата обращения: 08.08.2025).
DOI: https://doi.org/10.17513/mjpfi.13735