Переривчаста гіпоксія (також відома як інтервальна гіпоксія) — це режим впливу зниженого парціального тиску кисню на організм, коли періоди гіпоксії чергуються з періодами нормоксії або гіпероксії. Гіпоксія визначається як перебування в умовах, що характеризуються рівнем кисню, нижчим за нормальний, нормоксія — як перебування в умовах, що відповідають нормальному рівню кисню в атмосфері Землі (близько 21% O₂), а гіпероксія — як перебування в умовах, що характеризуються рівнем кисню, вищим за нормальний. Такий вплив може виникати природно (наприклад, при періодичних підйомах у гори) або застосовуватися як керований лікувальний, профілактичний чи тренувальний метод. Тривала гіпоксія призводить до негативних фізіологічних змін в організмі, таких як висотна хвороба. Однак при помірному застосуванні переривчаста гіпоксія може використовуватися в клінічній практиці як засіб для лікування різноманітних патологічних станів.

Дослідження в Україні

Початок систематичних досліджень гіпоксії в Україні пов’язують з діяльністю Миколи Миколайовича Сиротиніна (1896–1977) — одного із засновників вітчизняної висотної й космічної фізіології. У 1930‑х роках у Києві в структурі Академії наук УРСР були створені лабораторії, які вивчали вплив зниженого атмосферного тиску та гіпоксії на організм людини й тварин; Київ називали «столицею досліджень гіпоксії» завдяки серії фундаментальних і прикладних робіт цієї школи.

На основі цих досліджень сформувалася потужна українська «гіпоксична школа», що згодом була інституціалізована у відділі гіпоксії Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України. За даними самого інституту, за 90 років існування цей напрям об’єднав понад дві сотні дослідників і дав значний внесок у вивчення адаптації до висоти, патофізіології гіпоксичних станів, а також у розробку методів гіпоксичної терапії.

У другій половині XX століття й на початку XXI століття важливу роль у розвитку концепції переривчастої гіпоксії відіграють роботи київських дослідників, серед яких Алла Георгіївна Портниченко та Тетяна Володимирівна Серебровська. Їхні експериментальні та клінічні дослідження присвячені інтервальній гіпоксії як фактору стимуляції функціонального резерву організму, гіпоксичному тренуванню серця, мозку, підшлункової залози, а також переривчастій гіпоксії–гіпероксії при метаболічному синдромі й когнітивних порушеннях. В Інституті геронтології імені Д. Ф. Чеботарьова проводяться дослідження дієвності інтервальних нормобаричних гіпоксичних тренувань. Спільно із вченими НТУУ «КПІ ім. Сікорського» розроблений, запатентований і впроваджений в практику апаратно-програмний комплекс «Гіпотрон М» для проведення гіпоксичних тренувань.

Біологічні механізми

При застосуванні переривчастої гіпоксії як реабілітаційного методу, зокрема для тренування дихання та ходьби, вона зазвичай діє шляхом довготривалої потенціації, яка виникає, коли внаслідок синаптичної пластичності відбувається довготривале збільшення синаптичної сили. У випадку переривчастої гіпоксії це збільшення синаптичної сили призводить до підвищення рухової активності.

Зниження парціального тиску кисню в артеріях, спричинене переривчастою гіпоксією, сприймається каротидним тільцем — хемоаферентним рецептором. Активоване каротидне тільце запускає вивільнення серотоніну, який зв’язується з серотоніновими рецепторами на поверхні мотонейронів, таких як моторні нейрони діафрагми у випадку відновлення дихання. Цей шлях передачі сигналу потім використовує молекули нижчого рівня, такі як TrkB, BDNF, та PKA, щоб збільшити синаптичну активність відповідного моторного нейрона, а це, своєю чергою, збільшує рухову активність відповідних м’язів і, таким чином, зменшує функціональні порушення. Оскільки інтенсивність переривчастої гіпоксії змінює інтенсивність вивільнення серотоніну і, як наслідок, інтенсивність довготривалої потенціації, цей процес демонструє метапластичність. Ця метапластичність виникає, коли сама довготривала потенціація є пластичною або змінною.

Також було продемонстровано, що довготривала потенціація, спричинена переривчастою гіпоксією, спостерігається у щурів із денервацією сонних артерій, що свідчить про те, що синаптична пластичність, зумовлена переривчастою гіпоксією, також здійснюється через інші механізми, окрім хемоаферентних волокон сонних артерій.

Крім того, переривчаста гіпоксія також впливає на загальний рівень вироблення, концентрацію та експресію генів оксиду азоту, що відбувається внаслідок серцево-судинної адаптації до гіпоксії. Цей механізм є важливим при застосуванні переривчастої гіпоксії як засобу для зниження гіпертензії або для підвищення мінеральної щільності кісток.

Дозування +Типи дозування IH Тип Приклад Тяжкість гіпоксії FiO2 дорівнює 0,10 Тривалість періоду експозиції 1 хвилина на період Періодів на день 10 періодів/день Регулярність проведення Через день Сукупна тривалість експозиції 24 години сукупно Для розробки дієвого протоколу переривчастої гіпоксії необхідно розуміти, як правильно підбирати дозування, особливо з огляду на супутні захворювання, пов'язані з гіпоксією. Наприклад, було показано, що переривчаста гіпоксія викликає у щурів довготривалу потенціацію, тоді як тривала гіпоксія — ні. При цьому гостра переривчаста гіпоксія не супроводжується у щурів загибеллю клітин гіпокампу, на відміну від тривалого впливу переривчастої гіпоксії.

Хоча переривчаста гіпоксія застосовується для різних терапевтичних цілей у багатьох фізіологічних системах, існує загальна згода щодо того, що саме можна вважати безпечним і корисним рівнем переривчастої гіпоксії. При безпечному протоколі фракція вдихуваного кисню (FiO2) знаходиться у діапазоні від 0,09 до 0,16 з 3–15 періодами експозиції на день, тоді як супутні захворювання спостерігаються в діапазоні FiO2 від 0,03 до 0,08 та 48–2400 періодами експозиції на день.

Патологічні та корисні ефекти Патологічні ефекти Корисний вплив Системна гіпертензія Зменшення артеріальної гіпертензії Ожиріння Втрата ваги Інсулінорезистентність Підвищення толерантності до глюкози Збільшення симпатичної активації Посилення імунної відповіді Когнітивні дефіцити Покращення просторового навчання та пам'яті Запалення Зменшення запалення

Терапевтичне застосування

Хоча переривчаста гіпоксія спочатку впливає лише на дихальну систему, її подальші впливи дають змогу застосовувати її також як дієвий реабілітаційний засіб у низці різних біологічних систем як у тварин, так і у людей.

Довготривала потенціація Що стосується дихальної системи, то довготривала потенціація, що виникає завдяки переривчастій гіпоксії, сприяє посиленню активності діафрагмального рухового нерва. Було показано, що це допомагає людям з обструктивним апное сну та хронічним обструктивним захворюванням легень. Також була показана здатність переривчастої гіпоксії збільшувати м'язову активність після травми спинного мозку, зокрема під час ходьби, як у щурів, так і у людей.

Нейрогенез у гіпокампі Також у щурів, які зазнавали переривчастої гіпоксії, було виявлено нейрогенез угіпокампі. Цей нейрогенез супроводжувався відповідним поліпшенням когнітивних функцій, зокрема покращенням здатності до навчання та пам'яті, а також загальним підвищенням просторових когнітивних здібностей. Крім того, у щурів, які проходили таке лікування, спостерігалися ефекти, схожі на дію антидепресантів.

Вироблення оксиду азоту Зміни рівня оксиду азоту, спричинені переривчастою гіпоксією, також мають потенційні переваги. У людей з гіпертензією спостерігалося зниження артеріального тиску. Цим змінам також приписують підвищення мінеральної щільності кісток у щурів. Такі зміни рівня оксиду азоту до того ж сприяють захисту від ішемії міокарда та від порушення перфузії міокарда.

Див. також

Гіпоксія Гормезис Вім Гоф Метод Бутейка

Виноски

Посилання