БИОИМПЕДАНСНАЯ ДИАГНОСТИКА ПРИ УМЕРЕННОМ ГИПОКСИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Биоимпедансная диагностика при умеренном гипоксическом воздействии

Научная статья

Шушков С.В.^*

Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, Минск,Беларусь;

ООО «Перспективные исследования и технологии», Минск,Беларусь

* Корреспондирующий автор (shushkov_s_v[at]mail.ru)

Аннотация

Для коррекции энергетического состояния человека предлагается гипоксическая процедура с умеренным ограничением потребления кислорода О₂ при дыхании. Как вариант для практического тренинга рассматривается способ сознательно стимулируемой «произвольной зевоты». Профилактико-лечебный эффект процедуры обеспечивается совместным действием гипоксического влияния и релаксации организма, обусловливающих активизацию тканевого дыхания. Контролируемая зевота поддерживает оптимальный режим перехода в «гипоксическое расслабление». Диагностический контроль гипоксической процедуры предполагается с применением биоимпедансометрии. Рассматривается соответствие угла фазового сдвига φ между током и напряжением при зондировании организма гармоническим электрическим сигналом, и запаса устойчивости ξ для биоструктур, вводимого из газоразрядной аналогии. Подтверждается пролонгированный эффект от краткосрочного гипоксического тренинга, ежедневная процедура в течение трех месяцев демонстрирует прирост фазового угла φ₀ на 0,2⁰. Указывается на возможность оперативной диагностики и прогноза лечебного воздействия по результатам биоимпедансного экспресс-анализа после гипоксической процедуры.

Ключевые слова: биоимпедансная диагностика, гипоксическая процедура, произвольная зевота, газоразрядная аналогия, энергобаланс в организме, устойчивость биоструктур.

Bioimpedance Diagnostics with Moderate Hypoxic Effects

Research article

Shushkov S.V.^*

A.V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of NAS of Belarus, Minsk, Belarus;

Research and development enterprise «Advanced research & technologies» (OOO "Perspektivnye issledovaniya i tekhnologii), Minsk, Belarus

* Corresponding author (shushkov_s_v[at]mail.ru)

Abstract

To correct the energy state of a person, the study proposes a hypoxic procedure with a moderate restriction of the consumption of O₂ during breathing. As an option for practical training, author examine the method of consciously stimulated "arbitrary yawning".  The preventive and therapeutic effect of the procedure is achieved by the combined action of hypoxic influence and relaxation of the body, which cause the activation of tissue respiration. Controlled yawning supports the optimal mode of transition to "hypoxic relaxation". Diagnostic control of the hypoxic procedure involves the use of bioimpedance measurement. The study also examines the correspondence of the phase shift angle φ between current and voltage when probing an organism with a harmonic electrical signal and the stability margin ξ for biostructures introduced from the gas-discharge analogy. The author confirms the prolonged effect of short-term hypoxic training, the daily procedure in the course of 3 months demonstrates an increase in the phase angle φ ₀ by 0.2 ⁰. The article indicates the possibility of prompt diagnosis and prognosis of therapeutic effects based on the results of bioimpedance express analysis after a hypoxic procedure.

Keywords: bioimpedance diagnostics, hypoxic procedure, arbitrary yawning, gas-discharge analogy, energy balance in the body, stability of biostructures.

Введение

В настоящее время продолжается поиск методов лечения заболеваний, на развитие которых оказывает существенное влияние энергетическая компонента, в том числе онкологических. Поступающий с дыханием как энергетический агент кислород О₂ определяет потенциал регенерации. Многочисленными исследованиями определен механизм влияния на экспрессию ДНК индуцируемого гипоксией белкового HIF – комплекса, при котором включается ускоренное производство красных кровяных клеток и строительство новых кровеносных сосудов [1].

Разработаны различные медицинские методики воздействия на организм человека умеренного кислородного дефицита [2]. Метод нормобарической гипокситерапии обеспечивает снижение заболеваемости за счет развития в организме дозированного по глубине и времени дефицита кислорода при дыхании, например, газовыми смесями с пониженным до 10% содержанием кислорода.

Из газоразрядной аналогии для неравновесных систем отмечается, что в умеренном гипоксическом состоянии повышается устойчивость биоструктур организма к перерождению [3].

Состояние организма при гипоксическом воздействии оценивается показаниями насыщенности SpO₂ гемоглобина крови кислородом методом оксиметрии, для измерения концентрации углекислого газа СО₂ применяется капнографический анализ [4].

Энергетические характеристики при проведении гипоксических процедур можно оценить, в частности, методом биоимпедансометрии.

Импедансометрический анализ

Адекватным признаком пребывания человека в нормальном или проблемном состояниях может служить угол сдвига фазы φ между током и напряжением при зондировании организма гармоническим сигналом. В настоящее время разработаны приборы для измерения импедансных характеристик, в которых подача синусоидального сигнала (преимущественно частоты 50 кГц) на организм человека осуществляется через систему накладных контактов. Применяются аппараты биоимпедансного анализа «Медсканер Велнесс» БИОРС (РФ), «Медасс АВС-02» (РФ), «OmronBF-508» (Япония), и другие.

Из имеющейся статистики применения аппарата «Велнесс» делается вывод, что большее значение фазового угла свидетельствует об улучшении состояния тканей и уменьшении биологического возраста организма [5]. У больных людей, особенно с хроническими заболеваниями, значения находятся в нижнем интервале, причем чем ниже значения, тем хуже прогноз лечения. Коридор нормы соответствует 5,4⁰ – 8,9⁰.

Практика применения аппарата «Медасс» показывает, что фазовый сдвиг 4,4⁰ соответствует ослабленному или больному человеку, 5,5⁰ уже характерно для нормального состояния организма, 7,8⁰ отвечает физически развитому здоровому человеку [6]. Установлено, что низкие значения фазового угла наблюдаются у больных онкологическими заболеваниями, при гепатитах, СПИДе, циррозе печени, туберкулезе, причем такие значения φ ассоциированы с коротким «периодом дожития».

Влияние умеренной гипоксической процедуры на состояние организма

Характер дыхания человека может влиять на вероятность возникновения заболеваний со значительной энергетической составляющей, в том числе онкологических. Так, бегуны на средние дистанции подвержены злокачественным новообразованиям на 49% реже, чем обычные люди, а бегуны на длинные дистанции на 43% [7]. Отмеченный запас устойчивости у спортсменов может быть обусловлен, помимо прочего, их умеренным повседневным дыханием в силу тренированности.

Для организации гипоксического воздействия может применяться, как вариант, дыхательная процедура в виде сознательно управляемой «произвольной зевоты» [8]. После выдоха производится задержка дыхания, до тех пор, пока состояние по ощущениям остается относительно комфортным; задержку можно удлинить довыдохом диафрагмой живота. Далее следует относительно короткий вдох в виде зевка, и цикл повторяется. Оздоравливающий эффект обеспечивается в основном задержкой дыхания, зевота способствует расслаблению организма. Как результат снижается избыточное для расслабленного состояния содержание кислорода О₂ и нормализуется концентрация углекислого газа СО₂. При «гипоксическом расслаблении», под действием умеренного дефицита кислорода, совмещенного с физической релаксацией, в организме происходит активизация внутриклеточного (тканевого) дыхания, устраняются воспалительные энергоградиенты критической величины, создаются условия для регенерации биоструктур. Пульсоксиметрические измерения в ходе выполнения процедуры показывают волнообразное изменение степени насыщенности гемоглобина крови кислородом. От нормальной сатурации SpO₂ ~ 99-98%, после зевка, задержки дыхания и до момента пока сохраняется комфортное состояние, содержание О₂ кратковременно снижается до 95-90%, а после зевка с мышечным напряжением тела (потягиванием) SpO₂ может опускаться до 85-80% и менее.

Определяющие параметры для диагностики

Структуры организма со значительной активностью ионов – стенки клеток, мембраны и т.д. – при протекании тока проявляют себя как элементы, обладающие электрической емкостью. При зондировании тела электрическим сигналом соответственно появляется реактивная составляющая комплексного сопротивления, и фазовый сдвиг φмежду сигналами тока и напряжения оказывается существенно отличным от нуля.

В случае патологии органа его возможности по накоплению зарядов деградируют, растет доля активной составляющей сопротивления, поэтому зондирование импедансным методом демонстрирует снижение величины угла φ фазового сдвига [9].

В то же время из газоразрядной аналогии [3] в качестве меры интенсивности процессов в организме рассматривается энергонасыщенность V (для наглядности представимая как «активность»), соответствующая возможности совершения работы, и в целом пропорциональная числу синтезируемых АТФ-молекул в единицу времени. Величина потребляемых ресурсов, в первую очередь кислорода О₂, обозначена как i.

В организме здорового человека величина V ограничена критическим уровнем энерговыделения, определяемом из выраженияW_cr = (V_cr·i_cr) (рис. 1). Устойчивость к перерождению для здоровых тканей, в том числе и окружающих проблемную зону, может быть оценена коэффициентом запаса ξ= (1 – i / i_cr), где i_cr – потребление в критическом состоянии. В состоянии расслабления и умеренного кислородного дефицита (зона 1) запас устойчивости ξ наибольший. По мере развития патологии, в зоне стрессовой нагрузки и воспалительных процессов (зона 2) устойчивость ξ снижается.

Рис. 1 – Зависимость энергонасыщенности (активности) V и запаса устойчивости к перерождению биотканей ξ от поступающих энергоресурсов (кислорода) i в организм человека:

0 – обычное состояние; 1 – умеренная гипоксия; 2 – воспаленное состояние и стресс; 3 – зона критического перерождения

Тем самым оба параметра, то есть угол фазового сдвига φв биоимпедансометрии и запас устойчивости ξиз газоразрядной аналогии, сходно описывают энергетически здоровое состояние организма, по крайней мере в коридоре жизненных состояний между зонами 1 и 2, и устремляются к нулю при прогрессирующем заболевании.

Эффект «гипоксического расслабления»

 Для измерения физиологических параметров методом биоимпеданса применялся аппарат «Медсканер Велнесс», для контроля насыщенности гемоглобина крови кислородом – пульсоксиметр «OximetroM130B» пальчикового типа.

Периодическое повторение процедуры обеспечило пролонгированный эффект. Ежедневное применение упражнения в течение трех месяцев статистически показало прирост фазового угла φ₀по крайней мере на 0,2⁰.

По результатам статистики подобных тестов можно сделать вывод, что дыхательные процедуры с ограничением потребления кислорода О₂ (в частности, тренинг типа «произвольной зевоты») переводят организм человека в состояние «гипоксического расслабления», характеризующееся значительным возможностями к восстановлению.

Диагностические возможности гипоксической процедуры с применением биоимпедансометрии

 Оценка энергетического состояния организма требует накопления статистических данных и их адекватного анализа. Например, широкими прогностическими возможностями обладает комплекс функциональной спектрально-динамической диагностики [10].

Пребывание человека в состоянии относительного кислородного дефицита с одновременным импедансометрическим измерением фазового угла φ может быть применено для прогноза и коррекции лечения.

Если после выполнения гипоксической процедуры наблюдается рост величины угла φ фазового сдвига, то это говорит о значительных регенерационных возможностях организма, и об успехе примененных лечебно-профилактических мер.

Отсутствие роста измеренной величины угла φ, или даже его уменьшение может свидетельствовать о неблагоприятном прогнозе. Состояние в проблемной зоне организма при этом соответствует переходу за точку 2 и приближению к зоне 3 перерождения до атипичных биоструктур (рис. 1). В этом случае дополнительно к профилактическим методам требуются лечебные мероприятия.

Заключение

Для анализа состояния организма при умеренном ограничении потребления кислорода О₂ предлагается биоимпедансометрия, как высокочувствительный способ измерения проводимости для биоструктур. Определяющим параметром при этом является угол фазового сдвига φ между напряжением и током зондирующего сигнала, соотносимый с запасом ξ устойчивости к перерождению для биотканей, вводимым из газоразрядной аналогии.

Гипоксическое воздействие на организм человека может быть организовано в виде дыхательной процедуры «произвольной зевоты», сочетающей умеренный кислородный дефицит с физическим расслаблением. Применение процедуры обеспечивает пролонгированный профилактико-лечебный эффект, регулярное выполнение упражнения в течение трех месяцев показывает рост углаφ₀ фазового сдвига на 0,2⁰.

С использованием процедуры гипоксической релаксации и биоимпедансного анализа реализована диагностика для прогноза эффективности профилактико-лечебных мероприятий.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Ivan M. The EGLN-HIF O₂-Sensing System: Multiple Inputs and Feedbacks / M. Ivan, W.G. Kaelin Jr. // Review. – 2017. – Vol. 66. – Iss. 6. – P. 772–779. DOI: 10.1016/j.molcel.2017.06.002
2. Гридин, Л.А. Современные представление о физиологических и лечебно-профилактических эффектах действия гипоксии и гиперкапнии / Л.А. Гридин // Ж-л «Медицина». – 2016. – Т. 4. – № 3. – С. 45–68.
3. Шушков, С.В. Газоразрядная аналогия для онкогенеза / С.В. Шушков // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер. Естественные и технические науки. – 2019. – № 1. – С. 27–35.
4. Шурыгин И.А. Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия, капнография, оксиметрия / И.А. Шурыгин. – СПб.: "Невский Диалект"; М.: "БИНОМ". – 2000. – 301 с.
5. АРМ «Медсканер БИОРС» [Электронный ресурс]. URL: http://www.biors.ru/static/up/files/medscanner-reports.pdf (дата обращения 20.11.2021)
6. Николаев Д.В. Биоимпедансный анализ: основы метода, протокол обследования и интерпретация результатов / Д.В. Николаев, С.Г. Руднев. [Электронный ресурс]. URL: https://medass.su/wp-content/uploads/2017/03/intro_lesson.pdf (дата обращения 20.11.2021)
7. Sormunen J. Lifetime physical activity and cancer incidence - a cohort study of male former elite athletes in Finland. / Sormunen, H.M. Bäckmand, S. Sarna et al. // J. Sci. Med. Sport, 2014. – Vol. 17. – Iss. 5. – P. 479–484. DOI: 10.1016/j.jsams.2013.10.239.
8. Шушков, С.В. Произвольная зевота как гипоксическая процедура / С.В. Шушков // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. – 2020. – Вып. 77. – С. 69–76. DOI: 10.36604/1998-5029-2020-77-69-76
9. Ямпилов, С.С. Изучение злокачественной опухоли кожи аппаратом биоимпедансной диагностики / С.С. Ямпилов, Г.И. Хараев, А.Г. Павлов // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Сер. Естественные и технические науки. – 2019. – № 1. – С. 40–44.
10. Ростовцев, В.Н. Спектрально-динамический метод в оценках рисков патологии и резервных возможностей организма / В.Н. Ростовцев // MedicalSciences. – 2015. – № 1. – P. 1426–1428.

Список литературы на английском языке / ReferencesinEnglish

1. Ivan M. The EGLN-HIF O₂-Sensing System: Multiple Inputs and Feedbacks / M. Ivan, W.G. Kaelin Jr. // Review. – 2017. – Vol. 66. – Iss. 6. – P. 772–779. DOI: 10.1016/j.molcel.2017.06.002
2. Gridin, L.A. Sovremennyye predstavleniye o fiziologicheskikh i lechebno-profilakticheskikh effektakh deystviya gipoksii i giperkapnii [Modern understanding of the physiological and therapeutic and prophylactic effects of hypoxia and hypercapnia] / L.A. Gridin // J. "Medicine". - 2016. – Vol. 4. – No. 3. – P. 45–68. [in Russian]
3. Shushkov, S.V. Gazorazryadnaya analogiya dlya onkogeneza [Gas-discharge analogy for oncogenesis] / S.V. Shushkov // Modern Science: Actual Problems of Theory and Practice. Ser. Natural and technical sciences. – 2019. – No. 1. – P. 27–35. [in Russian]
4. Shurygin I.A. Monitoring dykhaniya: pul'soksimetriya, kapnografiya, oksimetriya [Respiratory monitoring: pulse oximetry, capnography, oximetry]. – SPb .: "Nevsky Dialect"; M .: "BINOM". – 2000. – 301 p.
5. Workstation "Medskaner BIORS" [Electronic resource]. URL: http://www.biors.ru/static/up/files/medscanner-reports.pdf (accessed 20.11.2021) [in Russian]
6. NikolaevD.V. Bioimpedansnyy analiz: osnovy metoda, protokol obsledovaniya i interpretatsiya rezul'tatov [Bioimpedance analysis: method fundamentals, examination protocol and interpretation of results] / D.V. Nikolaev, S.G. Rudnev [Electronic resource]. URL: https://medass.su/wp-content/uploads/2017/03/intro_lesson.pdf (accessed 20.11.2021) [in Russian]
7. Sormunen J. Lifetime physical activity and cancer incidence - a cohort study of male former elite athletes in Finland. / J. Sormunen, H.M. Bäckmand, S. Sarna et al. // J. Sci. Med. Sport, 2014. – Vol. 17. – Iss. 5. – P. 479–484. DOI: 10.1016/j.jsams.2013.10.239.
8. Shushkov, S.V. Proizvol'naya zevota kak gipoksicheskaya protsedura [Arbitrary yawning as a hypoxic procedure] / S.V. Shushkov // Bulletin of physiology and pathology of respiration. – 2020. – Iss. 77. – P. 69–76. [in Russian] DOI: 10.36604/1998-5029-2020-77-69-76
9. Yampilov, S.S. Izucheniye zlokachestvennoy opukholi kozhi apparatom bioimpedansnoy diagnostiki [Study of a malignant skin tumor using a bioimpedance diagnostic apparatus] / S.S. Yampilov, G.I. Kharaev, A.G. Pavlov // Modern Science: Actual Problems of Theory and Practice. Ser. Natural and technical sciences. – 2019. – No. 1. – P. 40–44. [in Russian]
10. Rostovtsev, V.N. Spektral'no-dinamicheskiy metod v otsenkakh riskov patologii i rezervnykh vozmozhnostey organizma [Spectral-dynamic method in assessing the risks of pathology and reserve capacities of the body] / V.N. Rostovtsev // Medical Sciences. – 2015. – No. 1. – P. 1426–1428. [in Russian]